Java 为什么这么慢？

函数

ArrayList.add（）

运行速度非常快。我检查了源代码，发现实现是

Arrays.copyOf（）

---

有什么想法吗？

如果您问为什么这两个循环的运行时间不同（第二个循环的运行时间要慢得多），原因是对

列表的大多数调用。add（i，i）

不需要重新创建备份数组

---

只有当备份阵列已满时，才会创建更大的阵列。而且较大的数组比原始数组大50%，因此它可以在其满之前处理对

add

的许多后续调用。

如果您要问为什么这两个循环的运行时间不同（第二个循环要慢得多），原因是对

list.add的大多数调用（i，i）

无需重新创建备份阵列

---

只有当备份阵列已满时，才会创建更大的阵列。而且较大的数组比原始数组大50%，因此它可以在其满之前处理对

add

的许多后续调用。

每次添加新元素时，您的代码都在调用

copyOf（）

：

• 第一次，没有元素需要复制，因为原始数组的长度为0
• 第二次，必须复制一个元素
• 第三次，两个要素
• 第四次，三个要素
• ……等等

因此，对于添加的每个元素，必须进行越来越多的工作才能复制以前的元素。因此，如果要添加

n

元素，则必须总共执行

1+2+3+…+（n-1）=n*（n-1）/2=n^2/2-n/2

单个元素的复制。因此，您的运行时与您添加的元素数的平方成比例

与此相对应的是，适当的方法是使用一个比您需要的更大的数组（这给了您添加更多元素的空间，而无需一直复制），并在每次需要扩展时将大小乘以一个固定因子。这要求您单独跟踪添加了多少元素，并向用户谎报您的真实大小。该系数通常小于2（Java代码使用1.5:

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

），但如果使用2，则数学更简单：

• 初始数组大小是一些较小但非零的数字，例如4，因此您可以免费添加4个元素（分配和初始化数组的成本是4）
• 对于第五个元素，将大小加倍为8，并复制4个旧元素；您现在可以再添加4个
• 对于第九个元素，将大小加倍为16，并复制8个旧元素；您现在可以再添加8个
• 以此类推：对于第n+1个元素，您将大小加倍为2*n，然后复制旧的n个元素，这为您提供了多容纳n个元素的空间

---

即使不评估复制的总和，我们也可以看到，每批n个新元素都已经通过复制之前的n个元素来“支付”，因此复制工作是线性的，而不是二次的。事实上，

4+4+8+16+…+n/2+n=2*n

（如果

n

是2的幂）。

每次添加新元素时，您的代码都在调用

copyOf（）

：

• 第一次，没有元素需要复制，因为原始数组的长度为0
• 第二次，必须复制一个元素
• 第三次，两个要素
• 第四次，三个要素
• ……等等

因此，对于添加的每个元素，必须进行越来越多的工作才能复制以前的元素。因此，如果要添加

n

元素，则必须总共执行

1+2+3+…+（n-1）=n*（n-1）/2=n^2/2-n/2

单个元素的复制。因此，您的运行时与您添加的元素数的平方成比例

与此相对应的是，适当的方法是使用一个比您需要的更大的数组（这给了您添加更多元素的空间，而无需一直复制），并在每次需要扩展时将大小乘以一个固定因子。这要求您单独跟踪添加了多少元素，并向用户谎报您的真实大小。该系数通常小于2（Java代码使用1.5:

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

），但如果使用2，则数学更简单：

• 初始数组大小是一些较小但非零的数字，例如4，因此您可以免费添加4个元素（分配和初始化数组的成本是4）
• 对于第五个元素，将大小加倍为8，并复制4个旧元素；您现在可以再添加4个
• 对于第九个元素，将大小加倍为16，并复制8个旧元素；您现在可以再添加8个
• 以此类推：对于第n+1个元素，您将大小加倍为2*n，然后复制旧的n个元素，这为您提供了多容纳n个元素的空间

即使不评估复制的总和，我们也可以看到，每批n个新元素都已经通过复制之前的n个元素来“支付”，因此复制工作是线性的，而不是二次的。事实上，

4+4+8+16+…+n/2+n=2*n

（如果

n

是2的幂）。

因为添加新元素时并不总是调用

grow（）

。

ArrayList

始终增加50%

相关行为：

int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

（oldCapacity>>1）

正在向右移位，因此除以2。这意味着

newCapacity

是

oldCapacity

的+50%。仅当超过此值时，才会进行下一次对

grow（）

的调用。

因为添加新元素时并不总是调用

grow（）

。

ArrayList

始终增加50%

相关行为：

int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

（旧容量>>1）int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

1 + 2 + ... + n = n * (n + 1) / 2 = O(n^2)

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

int newCapacity = (int) (oldCapacity * 1.5)

m + 1.5 * m + 1.5 ^ 2 * m + ... + n = 
m + 1.5 * m + 1.5 ^ 2 * m + ... + 1.5 ^ log_1.5(n / m) * m = 
m * (1 - 1.5 ^ (log_1.5(n / m) + 1) / (1 - 1.5) = 
m * 2 * (n / m * 1.5 - 1) =
3 * n - 2 * m

(3 * n - 2 * m) / n = 3 - 2 * m / n