在java中ArrayList集合底层的扩容原理

在Java中，ArrayList是一个可以动态扩容的数组，其底层实现是基于数组而设计的。当ArrayList的容量不足以存储新的元素时，就需要进行扩容操作。本文将详细讲解在Java中ArrayList集合底层的扩容原理。

ArrayList内部数组实现

首先，我们需要了解ArrayList内部数组的实现方式。在ArrayList中，用于存储元素的是一个Object类型的数组。ArrayList的数据结构定义如下：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    //...
    transient Object[] elementData;
    //...
}

上述定义中，elementData 是Object类型数组，用于存储元素。

数据元素的添加与扩容

ArrayList在添加元素时，会先检查数组是否已满。如果数组已满，则需要进行扩容。扩容的过程如下：

• 如果当前数组容量已经超过最大容量，就抛出OutOfMemoryError；

• 如果当前容量小于最大容量，则进行如下操作：

• 计算出新的容量值newCapacity。

• 创建一个新的数组newElementData，其长度为newCapacity。
• 将原数组elementData中所有元素复制到新数组newElementData中。
• 将ArrayList的elementData引用指向新的数组newElementData。

新的数组长度一般是原来长度的1.5倍（可以通过修改DEFAULT_CAPACITY和DEFAULT_CAPACITY_INCREMENT静态成员变量修改扩容触发条件）。以下示例演示了在ArrayList中添加元素所触发的容量扩容：

ArrayList<String> list = new ArrayList<>(10);
for (int i = 0; i < 15; i++) {
    list.add(String.valueOf(i));
}
System.out.println(list.size()); // 15

上述代码中，我们首先创建了一个初始容量为10的ArrayList对象。接着，我们循环添加15个元素，此时就需要进行扩容操作。当添加第11个元素（即当前容量已满）时，ArrayList内部就会触发数组容量的扩容操作，扩容后的新容量会是原来容量的1.5倍，即15（因为10*1.5=15），然后再将元素添加到ArrayList中。

ArrayList扩容的复杂度

ArrayList的扩容操作所发生的时间复杂度不是常量级别的，而是O(n)。因为当数组需要扩容时，就需要将原有数组中的所有元素复制到新的数组中，这个过程的时间复杂度是O(n)。

虽然ArrayList的扩容时间复杂度为O(n)，但由于扩容操作的触发是有条件的，并不是每次添加元素都会触发扩容操作。因此，我们在使用ArrayList时，要根据实际情况合理选择ArrayList的初始容量，在尽可能降低扩容次数的同时，又不会浪费太多内存空间。

以上就是Java中ArrayList集合底层扩容原理的完整攻略。