[Java 面试题] ArrayList篇

1. ArrayList 与 数组的区别

ArrayList 的底层是数组队列,相当于动态数组。与 Java 中的数组相比,它的容量能动态增长。在添加大量元素前,应用程序可以使用ensureCapacity操作来增加 ArrayList 实例的容量。这可以减少递增式再分配的数量。

2 ArrayList 的初始化容量
// 默认容量是10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 如果容量为0的时候,就返回这个数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 使用默认容量10时,返回这个数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 元素存放的数组
transient Object[] elementData;
// 元素的个数
private int size;// 记录被修改的次数
protected transient int modCount = 0;
// 数组的最大值
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8

ArrayList有三个构造方法,不同的构造方法的容量是不一样的,具体可以查看JDK 源码。

  • 如果不传入初始容量,就使用默认容量,并设置 elementDataDEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
  • 如果传入初始容量,会判断这个传入的值,如果大于0,就 new一个新的Object数组,如果等于0,就直接设置 elementDataEMPTY_ELEMENTDATA
  • 如果传入一个 Collection,则会调用toArray()方法把它变成一个数组并赋值给elementData。同样会判断它的长度是否为0,如果为0,设置elementDataEMPTY_ELEMENTDATA
3. ArrayList 的扩容具体指什么

ArrayList里面有两个概念,一个是capacity,它表示的就是“容量”,其实质是数组elementData的长度。而size则表示的“存放的元素的个数”。
因为 Java 中,数组操作不能越界,所以我们必须要保证在插入操作的时候,不会抛出数组越界异常。

4. ArrayList是如何实现扩容的?

扩容主要分两种,自动扩容和手动扩容。
自动扩容底层主要是三个私有方法:

// 扩容一个
private Object[] grow() {return grow(size + 1);
}// 保证扩容到期望容量minCapacity及以上
private Object[] grow(int minCapacity) {return elementData = Arrays.copyOf(elementData,newCapacity(minCapacity));
}// 根据期望容量minCapacity计算实际需要扩容的容量
private int newCapacity(int minCapacity) {// overflow-conscious codeint oldCapacity = elementData.length; // 得到旧容量int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 设置新容量为旧容量的1.5倍if (newCapacity - minCapacity <= 0) { // 如果新容量仍然小于期望容量if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) // 如果是使用的默认容量return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); // 取默认容量和期望容量较大值返回if (minCapacity < 0) // overflow // 检查期望容量是否越界(int 的范围)throw new OutOfMemoryError();return minCapacity; // 返回期望容量}// 如果新容量大于期望容量,判断一下新容量是否越界return (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE <= 0)? newCapacity: hugeCapacity(minCapacity);
}

可以看到,底层其实是调用了Arrays.copyOf方法来进行扩充数组容量的。这里我们主要看一下最后一个方法newCapacity(int minCapacity)的实现。
默认情况下,新的容量会是原容量的1.5倍,这里用了位运算提高效率。一般情况下,如果扩容1.5倍后就大于期望容量,那就返回这个1.5倍旧容量的值。而如果小于期望容量,那就返回期望容量。这里对默认容量10做了特殊处理。
使用1.5倍这个数值而不是直接使用期望容量,是为了防止频繁扩容影响性能。试想如果每次add操作都要扩容一次,那性能将会非常低下。
手动扩容主要是一个公有方法ensureCapacity

public void ensureCapacity(int minCapacity) {if (minCapacity > elementData.length&& !(elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA&& minCapacity <= DEFAULT_CAPACITY)) {modCount++;grow(minCapacity);}
}
5. ArrayList有缩容吗?

ArrayList没有缩容。无论是remove方法还是clear方法,它们都不会改变现有数组elementData的长度。但是它们都会把相应位置的元素设置为null,以便垃圾收集器回收掉不使用的元素,节省内存。

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