浅谈Java中ArrayList的扩容机制

什么是ArrayList

ArrayList是Java集合框架中的一种动态数组实现，可以动态增加和删除元素。并且它可以存储任意类型的数据，因为它使用泛型进行类型参数化。

动态扩容机制

当ArrayList存储的元素数量超过容器长度时，ArrayList会自动调用自身内部的动态扩容方法，将当前数组长度增加一倍。

具体步骤如下：

1. 判断是否需要扩容，如果需要就进入下一步操作。
2. 新建一个长度为原 ArrayList 的 1.5 倍的 Object 数组 newElementData。
3. 将原 ArrayList 中的元素复制到新数组中。
4. 将原 ArrayList 的 elementData 属性指向新数组 newElementData。

示例代码：

List<Integer> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    list.add(i);
    System.out.println("当前容器长度：" + list.size() + "，当前数组长度：" + getArrayListCapacity(list));
}

public static int getArrayListCapacity(ArrayList<?> list) {
    try {
        Field field = ArrayList.class.getDeclaredField("elementData");
        field.setAccessible(true);
        return ((Object[]) field.get(list)).length;
    } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) {
        return -1;
    }
}

输出结果：

当前容器长度：1，当前数组长度：10
当前容器长度：2，当前数组长度：10
当前容器长度：3，当前数组长度：10
当前容器长度：4，当前数组长度：10
当前容器长度：5，当前数组长度：10
当前容器长度：6，当前数组长度：10
当前容器长度：7，当前数组长度：10
当前容器长度：8，当前数组长度：10
当前容器长度：9，当前数组长度：10
当前容器长度：10，当前数组长度：10
当前容器长度：11，当前数组长度：15
当前容器长度：12，当前数组长度：15

从输出结果中可以看出，数组的大小从原来的10变成了15，即增加了一半。

避免无效扩容

ArrayList的动态扩容操作会影响性能，所以为了避免无效扩容，在初始化ArrayList时可以给它指定一个适当的容量。

示例代码：

List<Integer> list = new ArrayList<>(20);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    list.add(i);
    System.out.println("当前容器长度：" + list.size() + "，当前数组长度：" + getArrayListCapacity(list));
}

public static int getArrayListCapacity(ArrayList<?> list) {
    try {
        Field field = ArrayList.class.getDeclaredField("elementData");
        field.setAccessible(true);
        return ((Object[]) field.get(list)).length;
    } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) {
        return -1;
    }
}

输出结果：

当前容器长度：1，当前数组长度：20
当前容器长度：2，当前数组长度：20
当前容器长度：3，当前数组长度：20
当前容器长度：4，当前数组长度：20
当前容器长度：5，当前数组长度：20
当前容器长度：6，当前数组长度：20
当前容器长度：7，当前数组长度：20
当前容器长度：8，当前数组长度：20
当前容器长度：9，当前数组长度：20
当前容器长度：10，当前数组长度：20

从输出结果中可以看出，当初始化ArrayList时，指定了容量为20，因此数组长度始终为20，没有出现扩容操作。

总结

ArrayList的扩容机制是它能够动态增加和删除元素的关键。合理的初始化容量和优化扩容操作都可以提高ArrayList的性能，避免无效扩容。在使用ArrayList时需要注意容器的大小和元素类型。