【JavaSE】ArrayList、Vector、LinkedList扩容的底层实现原理

简介: 扩容的底层实现原理

@TOC

前言

编程语言是实现人类思维的一种工具,想到扩容这一问题首先应该学会联系生活实际,在当前容量不够的前提下我们会选择扩容,而这一句话就包含两个核心要素:
1.判断容量是否足够 2.扩大容量
通过集合添加元素的过程就是这两点的隐式重复

一.传统数组扩容

这是我大一在没有接触到集合的时候实现的数组扩容:

1.定义初始数组int[] arr = {1,2,3}
2.定义一个新的数组int[ ] arrNew = new int[ arr.length+1];
3.遍历arr数组,依次将arr的元素拷贝到arrNew数组
4.将新值赋给arrNew[arrNew.length - 1] =4; 把值赋给arrNew最后一个元素
5.让arr 指向arrNew ;arr = arrNew;达到扩容并add的目的 在这里插入图片描述

🟢它的本质还是通过在堆中创建新的数组对象,然后让原数组指向堆中的新数组对象

二.集合扩容

上述这个过程并没有实现检测当前容量大小判断是否要扩容的机制,更没有实现自动扩容,都属于人为操作,而这就是数组与集合最大的差别
集合与之不同,它只需要通过一个简单的add方法就能自动扩容并添加,本质是因为方法内部封装了很多复杂的方法实现了很多动作。 今天就来追根溯源

1.ArrayList(🏁)

通过Debug遍历的方式查看源码:

public class ArrayListsource {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList arrayList = new ArrayList();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            arrayList.add(i);
        }
    }
}

源码部分:

1.当创建ArrayList对象时,如果使用的是无参构造器,首先创建空的elementData数组 在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
2.执行add()向空数组扩容 在这里插入图片描述
这个方法里包含了很多动作它先通过ensureCapacityInternal()判断是否要扩容
在这里插入图片描述
再通过calculateCapacity()判断elementData是否为空数组,若是则返回10,并将空数组扩容至为空间为10 在这里插入图片描述

3.当执行的add操作大于当前容量(10)则与当前空间大小比较并执行grow()方法进行扩容 在这里插入图片描述
4.前面我们知道初始elementData容量为0,第1次添加,则扩容elementData为10,如需要再次扩容,则扩容elementData为1.5倍,注意没有拷贝数祖前里面的元素都是null
在这里插入图片描述

**🟢综上所述:
不难看出ArrayList扩容的本质和传统数组扩容基本差不多,就是把新数组空间变大,然后把值拷贝到新的数组,只不过执行一个简单的add()方法的过程就自动实现了**

2.Vector

    public static void main(String[] args) {
        Vector vector=new Vector();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            vector.add(i);
        }
    }
1.与ArrayList类似,Vector使用无参构造时一开始就赋给他10个空间大小 在这里插入图片描述

2.中间过程也是先判断再扩容,Vector扩容的grow()方法与之不同,为两倍增长并非1.5倍 接下来解读一下Vector的grow()方法
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
==实现细节:==
在Vector初始化的时候,产生了两个属性initialCapacity和capacityIncrement
一个是==初始容量==,一个是==容量增量==,Vector的grow()方法就是通过容量增量(capacityIncrement)来执行的,第一次扩容的时候capacityIncrement=0它不符合条件,于是返回的是oldCapacity,这样就达到了二倍的效果
3.最后进行拷贝实现扩容

3.LinkedList

在这里插入图片描述

🟢首先我们看一个动图了解一下双向链表增加元素的实现原理
在这里插入图片描述
==本质就是更改节点的指向,让插入位置前后元素的头尾指向新元素==

代码实现:

 public static void main(String[] args) {
         LinkedList linkedlist=new LinkedList();
             linkedlist.add(1);
     } 
1.首先也是通过构造器创建一个大小为0的链表,并且头尾都指向null 在这里插入图片描述
2.当执行add()添加操作时调用linkLast()方法 在这里插入图片描述
使用linkLast()将新的节点加入到双向链表尾部,也就是last指向“1”这个节点
在这里插入图片描述
同理也使用Linkedfirst()让first指向“1”这个节点

最后完成了add(1)的操作 将1添加到双向链表中
在这里插入图片描述
分析到这:==懒羊羊寿命-1年==

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