ArrayList的数组扩容是如何考虑溢出的?

Question

这段代码是java1.8种util.ArrayList中关于数组扩容的一段代码, 上面有一行//overflow-conscious code. 说明下面的代码是对溢出进行考虑的代码 ,但是我花了好多时间在上面仍没有想清楚他是如何避免溢出的, 以及如何在newCapacity溢出的情况下工作的, 望指点迷津

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;
}

Answer 1

写个简单的例子，楼主调试一下就知道了

public static void main(String[] args) {
    int oldCapacity = Integer.MAX_VALUE - 16;
    System.out.println(oldCapacity);
    int minCapacity = Integer.MAX_VALUE - 15;
    int maxSize = Integer.MAX_VALUE - 8;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - maxSize > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    System.out.println(newCapacity);
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > Integer.MAX_VALUE - 8) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            Integer.MAX_VALUE - 8;
}

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);这句执行后如果超过int的最大值那么newCapacity会是一个负数，这个需要了解一下数字二进制的加减原理。

下面这四句就是针对newCapacity溢出变成负数的时候的处理

if (newCapacity - minCapacity < 0)
    newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - maxSize > 0)
    newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

Answer 2

当数组要溢出的时候，就加上数组的1/2，然后和数组最大的常量进行比对，如果超出数组的最大size，就新申请一个Integer.MAX_VALUE的数组，然后把之前旧数组复制过来。
其中最难理解的是>>1,其实相当于除以2。

Answer 3

我想你是说在多线程操作同一个arraylist吧，这时候刚好凑巧出现了长度溢出问题，问题是arraylist本来就不是线程安全的，正确的做法是去用 java.util.concurrent 里的 CopyOnWriteArrayList

Answer 4

检测是否需要扩容的函数是 ensureCapacityInternal() ensureExplicitCapacity()，grow()是最后执行的，你在打开元那么看看add()之前是不是每一次都调用检测一遍。

Answer 5

谢谢“MartinDai”按照这个老哥的建议，调试了一波，很有效。
我陷入的问题有点钻牛角尖了，或者是理解能力不够。
总结：

1. 数组size值发生溢出，发生在第二个判断 if (newCapacity - maxArraySize > 0) = true时，即size要足够大，我才考虑数组会溢出的问题。
2. 正常情况下，每次size扩容1.5倍。当size扩大1.5倍发生int的溢出时，就每次进行最小扩容(+1)就可以了。第一个判断 if (newCapacity - minCapacity < 0) 这个就是为这个溢出准备的。

还有一个问题：为什么扩容的倍数为1.5 而不选择其他倍数？

//抛异常的情况： 
//数组原大小oldCapacity 已经为int的最大值，此时再次调用grow()扩容minCapacity发生溢出，进入hugeCapacity() 抛出异常。   这是size会溢出的情况，只有size大于nteger.MAX_VALUE - 8 时，才开始考虑是不是抛出溢出异常


public static void main(String[] args) {
        int maxArraySize = Integer.MAX_VALUE - 8;
        int oldCapacity = Integer.MAX_VALUE;
        int minCapacity = oldCapacity + 1;

        // overflow-conscious code
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

        // 1.5倍扩容大小  -   元素个数
        // 正常情况下，1.5倍的扩容 肯定大于 元素个数，肯定不需要频繁的扩容，所以一次来大一点，至于为什么是1.5倍，这个就不知道了。
        // 当 1.5倍扩容发生int的溢出时，就每次进行最小扩容(+1)就可以了。
        if (newCapacity - minCapacity < 0) {
            newCapacity = minCapacity;
        }

        //newCapacity大于maxArraySize 才考虑进入这个方法
        if (newCapacity - maxArraySize > 0) {
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        }
        System.out.println(newCapacity);
    }


    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
        {
            throw new OutOfMemoryError();
        }
        return (minCapacity > Integer.MAX_VALUE - 8) ?
                Integer.MAX_VALUE :
                Integer.MAX_VALUE - 8;
    }
}

Answer 6

minCapacity < 0