Java 6 和 Java 7 在 ArrayList 容量增长上的区别答案

【问题标题】：Differences between Java 6 and Java 7 in ArrayList capacity growthJava 6 和 Java 7 在 ArrayList 容量增长上的区别
【发布时间】：2018-11-10 06:39:37
【问题描述】：

我有一个问题，关于 ArrayList 的容量增长（不是大小，而是容量）在 Java 中是如何管理的。当我们使用默认构造函数初始化一个ArrayList而不设置容量时，默认设置容量=10。

此时，当我们向列表中添加另一个元素时，Oracle 文档说“随着元素被添加到 ArrayList，它的容量会自动增长。除了添加一个元素具有恒定的摊销时间成本。”

如果我们看一下 Java 内部，容量增长策略已经改变了它的功能。在 Java 6 之前它是：

(1) int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;

从 Java 7（和 > 7）开始：

(2) int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

但这两个数学系列略有不同。从默认值 (10) 开始，我们有：

(1) 10,16,25,38,58,88,133,200,301,452...

(2) 10,15,22,33,49,73,109,163,244,366...

我认为这对 ArrayList 的使用没有任何影响，但是他们为什么要更改此功能？有任何性能原因吗？他们是否在旧版本中发现了缺陷或错误？

【问题讨论】：

标签： java math arraylist

【解决方案1】：

OpenJDK 的source control history 显示它已被changeset 2350 中的Martin Buchholz from Google 更改以修复错误JDK-6933217: Huge arrays handled poorly in core libraries。

新代码小心避免不必要的整数溢出。即使oldCapacity * 3 / 2 不会溢出，oldCapacity * 3 也会溢出。新行oldCapacity + (oldCapacity >> 1) 不会。如果它确实溢出并变为负数，则有额外的代码将容量设置为Integer.MAX_VALUE（或接近它）。

/**
 * The maximum size of array to allocate.
 * Some VMs reserve some header words in an array.
 * Attempts to allocate larger arrays may result in
 * OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
 */
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
        Integer.MAX_VALUE :
        MAX_ARRAY_SIZE;
}

来自bug report的详细信息：

我注意到java.util.ArrayList、java.util.Hashtable 和 java.io.ByteArrayOutputStream 当容量不足时出现数据结构达到特定阈值。更多内容如下。

当ArrayList的容量达到(2/3)*Integer.MAX_VALUE时 size 达到其容量并且添加或插入操作是调用时，容量仅增加一个元素。请注意以下摘自ArrayList.ensureCapacity 新容量设置为(3/2) * oldCapacity + 1，除非该值不会足以容纳所需的容量，在这种情况下它被设置到所需的容量。如果当前容量至少为 (2/3)*Integer.MAX_VALUE，然后(oldCapacity * 3)/2 + 1 溢出并解析为负数，导致设置新容量到所需的容量。这样做的主要后果是每个随后的添加/插入操作会导致完全调整 ArrayList 导致性能显着下降。
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
if (newCapacity < minCapacity)
    newCapacity = minCapacity;
...

有趣的是，任何关于摊销时间的陈述添加/插入操作的复杂性，例如ArrayList 中的操作 javadoc，因性能相关的错误而失效。一解决上述情况的方法是设置新的容量初始大小计算时支持数组到Integer.MAX_VALUE 在调整大小期间产生负数。

【讨论】：