Java数组的三种扩容方式以及程序实现详解

为什么需要数组扩容

在 Java 中，数组的长度是固定的，一旦数组被创建，它的大小就不能再改变了。在一些场景下，我们需要在运行时动态地改变数组的大小，那么就需要用到数组扩容。

例如，我们开发一个数组队列，数组队列的底层实现是数组。如果元素个数超过了数组的初始长度，就需要对数组进行扩容，否则会导致队列无法继续存入元素。

Java数组的三种扩容方式

Java的数组无法自动扩容，但是我们可以通过手动实现扩容操作，一般有以下三种方式：

System.arraycopy实现数组扩容

System.arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length) 是 Java 中一个将源数组中指定位置的元素复制到目标数组中的方法，其中 src 指定源数组，srcPos 指定源数组中从哪个位置开始复制，dest 指定目标数组，destPos 指定目标数组从哪个位置开始存放复制的元素，length 指定要复制的元素个数。我们可以利用该方法实现数组的扩容，示例如下：

// 初始化数组
int[] oldArray = new int[]{1,2,3};
// 对数组进行扩容，新长度为5
int[] newArray = new int[5];
System.arraycopy(oldArray, 0, newArray, 0 , oldArray.length);

Arrays.copyOf实现数组扩容

Arrays.copyOf 允许我们将一个数组的全部或部分拷贝到一个新数组中，并且可以指定新数组的长度。如果新数组的长度大于原数组的长度，则会在新数组的尾部用 null、0 或 false（具体根据数组类型决定）填充；如果新数组的长度小于原数组的长度，则会将原数组中多余的部分截断。我们可以利用该方法实现数组的扩容，示例如下：

// 初始化数组
int[] oldArray = new int[]{1,2,3};
// 对数组进行扩容，新长度为5
int[] newArray = Arrays.copyOf(oldArray, 5);

手动实现数组扩容

我们可以手动实现数组的扩容。首先需要创建一个新的数组，然后将原数组中的元素逐个复制到新数组中。这种方式可以自定义扩容的算法，例如可能会根据实际情况决定数组长度增加的倍数，示例如下：

// 初始化数组
int[] oldArray = new int[]{1,2,3};
// 对数组进行扩容，新长度为5
int[] newArray = new int[5];
for (int i = 0 ; i < oldArray.length ; i ++) {
    newArray[i] = oldArray[i];
}

总结

Java 数组没有自动扩容的机制，需要手动进行扩容。可以使用 System.arraycopy, Arrays.copyOf 或手动实现数组扩容。三种方式中，System.arraycopy 是性能最优的，Arrays.copyOf 更加简洁易懂，手动实现则可以自定义扩容算法。对于 ArrayList 等 JDK 自带的容器，也是采用了类似的机制实现数组的自动扩容。