Java中為什麼ArrayList初始化容量大小為10

背景

看ArrayList原始碼時，無意中看到ArrayList的初始化容量大小為10，這就奇怪了！我們都知道ArrayList和HashMap底層都是基於陣列的，但為什麼ArrayList不像用HashMap那樣用16作為初始容量大小，而是採用10呢？

於是各方查詢資料，求證了這個問題，這篇文章就給大家講講。

為什麼HashMap的初始化容量為16？

在聊ArrayList的初始化容量時，要先來回顧一下HashMap的初始化容量。這裡以Java 8原始碼為例，HashMap中的相關因素有兩個：初始化容量及裝載因子：

/**
 * The default initial capacity - MUST be a power of two.
 */
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
/**
 * The load factor used when none specified in constructor.
 */
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

在HashMap當中，陣列的預設初始化容量為16，當資料填充到預設容量的0.75時，就會進行2倍擴容。當然，使用者也可以在初始化時傳入指定大小。但需要注意的是，最好是2的n次方的數值，如果未設定為2的n次方，HashMap也會將其轉化，反而多了一步操作。

關於HashMap的實現原理的內容，這裡就不再贅述，網路上已經有太多文章講這個了。有一點我們需要知道的是HashMap計算Key值座標的演演算法，也就是通過對Key值進行Hash，進而對映到陣列中的座標。

此時，保證HashMap的容量是2的n次方，那麼在hash運算時就可以採用位執行直接對記憶體進行操作，無需轉換成十進位制，效率會更高。

通常，可以認為，HashMap之所以採用2的n次方，同時預設值為16，有以下方面的考量：

• 減少hash碰撞；
• 提高Map查詢效率；
• 分配過小防止頻繁擴容；
• 分配過大浪費資源；

總之，HashMap之所以採用16作為預設值，是為了減少hash碰撞，同時提升效率。

ArrayList的初始化容量是10嗎？

下面，先來確認一下ArrayList的初始化容量是不是10，然後在討論為什麼是這個值。

先來看看Java 8中，ArrayList初始化容量的原始碼：

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

很明顯，預設的容器初始化值為10。而且從JDK1.2到JDK1.6，這個值也始終都為10。

從JDK1.7開始，在初始化ArrayList的時候，預設值初始化為空陣列：

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

此處肯定有朋友說，Java 8中ArrayList預設初始化大小為0，不是10。而且還會發現構造方法上的註釋有一些奇怪：構造一個初始容量10的空列表。什麼鬼？明明是空的啊！

保留疑問，先來看一下ArrayList的add方法：

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

在add方法中呼叫了ensureCapacityInternal方法，進入該方法一開始是一個空容器所以size=0傳入的minCapacity=1：

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

上述方法中先通過calculateCapacity來計算容量：

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

會發現minCapacity被重新賦值為10 （DEFAULT_CAPACITY=10），傳入ensureExplicitCapacity(minCapacity);這minCapacity=10，

下面是方法體：

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;​
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    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);
    }

上述程式碼中grow方法是用來處理擴容的，將容量擴容為原來的1.5倍。

瞭解上面的處理流程，我們會發現，本質上ArrayList的初始化容量還是10，只不過使用懶載入而已，這是Java 8為了節省記憶體而進行的優化而已。所以，自始至終，ArrayList的初始化容量都是10。

這裡再多提一下懶載入的好處，當有成千上萬的ArrayList存在程式當中，10個物件的預設大小意味著在建立時為底層陣列分配10個指標（40 或80位元組）並用空值填充它們，一個空陣列（用空值填充）佔用大量記憶體。如果能夠延遲初始化陣列，那麼就能夠節省大量的記憶體空間。Java 8的改動就是出於上述目的。

為什麼ArrayList的初始化容量為10？

最後，我們來探討一下為什麼ArrayList的初始化容量為10。其實，可以說沒有為什麼，就是“感覺”10挺好的，不大不小，剛剛好，眼緣！

首先，在討論HashMap的時候，我們說到HashMap之所以選擇2的n次方，更多的是考慮到hash演演算法的效能與碰撞等問題。這個問題對於ArrayList的來說並不存在。ArrayList只是一個簡單的增長陣列，不用考慮演演算法層面的優化。只要超過一定的值，進行增長即可。所以，理論上來講ArrayList的容量是任何正值即可。

ArrayList的檔案中並沒有說明為什麼選擇10，但很大的可能是出於效能損失與空間損失之間的最佳匹配考量。10，不是很大，也不是很小，不會浪費太多的記憶體空間，也不會折損太多效能。

如果非要問當初到底為什麼選擇10，可能只有問問這段程式碼的作者“Josh Bloch”了吧。

如果你仔細觀察，還會發現一些其他有意思的初始化容量數位：

ArrayList-10
Vector-10
HashSet-16
HashMap-16
HashTable-11

ArrayList與Vector初始化容量一樣，為10；HashSet、HashMap初始化容量一樣，為16；而HashTable獨獨使用11，又是一個很有意思的問題。

小結

有很多問題是沒有明確原因、明確的答案的。就好像一個女孩兒對你沒感覺，可能是因為你不夠好，也可能是她已經愛上別人了，但也有很大可能你是不會知道答案。但在尋找原因和答案的過程中，還是能夠學到很多，成長很多的。沒有對比就沒有傷害，比如HashMap與ArrayList的對比，沒有對比就不知道是否適合，還比如HashMap與ArrayList。當然，你還可以試試特立獨行的HashTable，或許適合你呢。

到此這篇關於Java中為什麼ArrayList初始化容量大小為10的文章就介紹到這了,更多相關Java ArrayList 內容請搜尋it145.com以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以後多多支援it145.com！