ArrayLists中如何定义容量的概念？答案

【问题标题】：How to define the concept of capacity in ArrayLists?ArrayLists中如何定义容量的概念？
【发布时间】：2011-03-23 20:17:43
【问题描述】：

我了解容量是 ArrayList 中可能包含也可能不包含引用对象的值的元素或可用空间的数量。我正在尝试更多地了解容量的概念。

所以我有三个问题：

1) 从内存的角度定义容量代表什么的好方法有哪些？

...分配给 ArrayList 的（连续？）内存？

...ArrayLists 在（堆？）上的内存占用？

2) 如果上述情况属实，那么改变容量需要某种方式的内存管理开销？

3) 有人举过 #2 是或可能是性能问题的例子吗？除了可能不断调整容量的大量大型 ArrayList 之外？

【问题讨论】：

如果你知道 C，你会做内存分配之类的事情，但是是的，它们会随着内存的动态增长而重新分配内存（我认为是 1.75 或其他因素）总是最好在知道大小的情况下进行实例化，否则为您在 3 中说过，当您添加大量数据时，它会分配大量空白空间。我会让更了解内存分配以及Java如何提供真正答案的人提供真正的答案
（我认为是 1.75 或其他因素） 公式是 int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;

标签： java arraylist capacity

【解决方案1】：

该类称为 ArrayList，因为它基于数组。容量是数组的大小，需要一块连续的堆内存。但是请注意，数组本身仅包含对元素的引用，这些元素是堆上的独立对象。
增加容量需要分配一个更大的新数组，并将旧数组中的所有引用复制到新数组，之后旧数组就可以进行垃圾回收了。
您已经列举了性能可能成为问题的主要案例。在实践中，我从未见过它真正成为问题，因为元素对象通常比列表占用更多的内存（可能还有 CPU 时间）。

【讨论】：

【解决方案2】：

ArrayList 是这样实现的：

class ArrayList {
  private Object[] elements;
}

容量是该数组的大小。

现在，如果你的容量是 10，并且你要添加第 11 个元素，ArrayList 会这样做：

Object[] newElements = new Object[capacity * 1.5];
System.arraycopy(this.elements, newElements);
this.elements = newElements;

因此，如果您从小容量开始，ArrayList 最终会在您不断添加元素时创建一堆数组并为您复制东西，这不好。

另一方面，如果你指定容量为 1,000,000 并且只向 ArrayList 添加 3 个元素，那也有点糟糕。

经验法则：如果您知道容量，请指定它。如果您不确定但知道上限，请指定。如果您不确定，请使用默认值。

【讨论】：

【解决方案3】：

容量正如您所描述的那样 - 分配给 ArrayList 用于存储值的连续内存。 ArrayList 将所有值存储在一个数组中，并自动为您调整数组的大小。这会在调整大小时产生内存管理开销。

如果我没记错的话，当您尝试添加一个超出容量的元素时，Java 会将 ArrayList 的后备数组的大小从 N 增加到 2N + 2。我不知道当您使用insert 方法（或类似方法）在超出容量末尾的特定位置插入时它会增加多少大小，甚至它是否允许这样做。

这里有一个例子可以帮助你思考它是如何工作的。将|s 之间的每个空格想象成后备数组中的一个单元格：

| | |

size = 0（不包含元素），容量 = 2（可以包含 2 个元素）。

|1| |

size = 1（包含 1 个元素），容量 = 2（可以包含 2 个元素）。

|1|2|

size = 2, capacity = 2. 添加另一个元素：

|1|2|3| | | |

大小增加 1，容量增加至 6 (2 * 2 + 2)。对于大型数组，这可能会很昂贵，因为分配一个大的连续内存区域可能需要一些工作（与分配许多小块内存的 LinkedList 不同），因为 JVM 需要搜索适当的位置，并且可能需要要求操作系统提供更多内存。将大量值从一个地方复制到另一个地方也很昂贵，一旦找到这样的区域就会这样做。

我的经验法则是：如果您知道您需要的容量，请使用 ArrayList，因为只有一次分配并且访问速度非常快。如果您不知道所需的容量，请使用 LinkedList，因为添加新值始终需要相同的工作量，并且不涉及复制。

【讨论】：

因为链表的每个新元素都会创建一个新的链表节点，所以向这样的链表添加元素的开销是恒定的，平均而言可能比在数组链表的末尾添加一个元素更大，甚至包括再生数组（因为这些很少发生）。仅当我想在前面（或在迭代器找到的位置）添加元素时，或者如果您确实需要保证 O(1) 来添加元素，而不仅仅是摊销 O(1)，我才会使用链表。
@Paŭlo 是的，但我仍然更喜欢它们。如果你想要排队，他们真的是唯一的出路。
@Paŭlo Ebermann ...你知道，我刚刚在 Murach 的 Java SE6 中读到了相反的内容。 Murach 指出，由于 LinkedList 不使用数组，因此在 LinkedList 中插入元素会更有效，因为只需要更改前面和后面的指针，而不是像 ArrayList 那样创建一个全新的数组。也许你正在考虑访问一个需要大量开销的元素，因为必须逐步执行每个元素的指针才能到达目的地。
@Cephi：当然，如果您有一个 ArrayList 在其容量范围内（即内部数组中没有更多可用空间），则添加一个元素比在链表中花费更多的时间。但是，如果您将 n 元素添加到此类列表（最初为空），则此类调整大小和复制仅发生 O(log(n)) 次（并且复制少于 2·n 数组条目），而您仍然需要创建 @987654330 @new 列表节点对象并设置3·n 指针。（当然，这是为了在末尾添加元素。）
@Cephi：如果在开头添加到列表中，则链表具有明显的优势，因为在 ArrayList 中每个元素我们必须将所有后续元素向后移动，而在链表的情况下，我们只需要创建一个节点对象并设置/更改4 指针。

【解决方案4】：

1) 从内存的角度定义容量代表什么的好方法有哪些？

...分配给 ArrayList 的（连续？）内存？

是的，ArrayList 是由一个数组备份的，它代表了内部数组的大小。

...ArrayLists 在（堆？）上的内存占用？

是的，数组容量越大，arraylist占用的空间越多。

2) 如果上述情况属实，那么改变容量需要某种方式的内存管理开销？

是的。当列表变得足够大时，分配一个更大的数组并复制内容。之前的数组可能会被丢弃并标记为垃圾回收。

3) 任何人都有一个例子，其中 #2 是或可能是性能问题？除了可能不断调整容量的大量大型 ArrayList 之外？

是的，如果您创建初始容量为 1 的 ArrayList（例如），并且您的列表超出此范围。如果您预先知道要存储的元素数量，则最好请求该大小的初始容量。

但是我认为这在您的优先级列表中应该是较低的，虽然数组复制可能经常发生，但它在 Java 的早期阶段就已经优化，不应该成为问题。我认为最好选择一个正确的算法。记住：Premature optimization is the root of all evil

另见：When to use LinkedList over ArrayList

【讨论】：