ArrayList 的后备数组的长度与 ArrayList 的 .size() 不同

Question

在调试应用程序时，在无效索引处访问 ArrayList 时引发以下错误：

java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: length=5; index=-1
    at java.util.ArrayList.get(ArrayList.java:439)

预期的索引无效 (-1)，但出乎意料的是长度为 5。正在访问的 ArrayList 经验证具有 .size() 的 3。

深入ArrayList的源码，可以发现如下：

/**                                            
 * Default initial capacity.                   
 */                                            
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

/**                                                                          
 * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We    
 * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when  
 * first element is added.                                                   
 */                                                                          
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};        

/**                                                                          
 * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.     
 * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any     
 * empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA     
 * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.     
 */                                                                          
// Android-note: Also accessed from java.util.Collections                    
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

/**
 * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
 */
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

似乎当实例化一个ArrayList，并添加第一项时，默认情况下可以给后备数组10的长度。当上述原始错误显示长度为10 时，这已通过实验验证（一次）。

但是，在大多数运行中，错误中显示的后备数组的长度是 5，而正在访问的 ArrayList 的 .size() 仍然是 3。这个后备数组的长度如何修改为5的长度？尤其是在源代码中，如果显示除.size() 之外的任何值，人们会认为它是10。

我希望修改内部支持数组以适应其中元素数量的长度，特别是为了抛出ArrayIndexOutOfBoundsException，因为当它与@不匹配时显示的长度会很混乱ArrayList 的 987654340@。

Answer 1

首先 - 这是正常的。 ArrayList 这样做是为了更快。如果底层数组与列表大小匹配，则添加/删除操作会慢得多（每次都需要重新分配数组）。

要回答您的直接问题，有多种方法可以实例化ArrayList - 特别是通过将现有Collection 传递给它，或提供int initialCapacity。这两者都可以为您提供比默认值更小的底层数组。

// Source code of other `ArrayList` constructors below (trimmed for clarity to how `elementData` gets initialized)

public ArrayList(int initialCapacity) {
    ...
    this.elementData = new Object[initialCapacity];
    ...
}

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    ...
    elementData = c.toArray();
    ...
}

Answer 2

这是完全正常的。 ArrayList 的后备数组在调整大小时会扩展到更多，而不是所需的大小。这样就不必每次添加元素时都对其进行扩展，因为扩展需要 O(n) 次副本，因此添加额外空间可以减少您必须执行的副本数。

此外，DEFAULT_CAPACITY 实际上并没有用作初始大小。您可能已经注意到，使用的初始数组实际上是空的，大小为零，然后根据实际添加的元素数量来扩展数组。