Java基础之ArrayList的扩容机制

ArrayList简介

在Java中，ArrayList是一种常见的数据结构之一。它继承了AbstractList这个类，并且实现了List接口。ArrayList是基于数组实现的，可以动态地增加或减少数组的大小，所以可以自动扩容和缩容。

扩容机制

ArrayList的扩容机制指的是当ArrayList内部的元素个数超过了数组的容量时，ArrayList会自动扩容，将数组的容量扩大一倍。

ArrayList的扩容机制是在add()方法中实现的。每次调用add()方法进行添加元素时，都会动态检测数组是否满足扩容条件。如果不满足，则通过Arrays.copyOf()方法新建一个更大的数组，并将原数组中的元素复制到新数组中，然后将新元素添加到新数组的末尾。

具体的扩容机制如下：

1. 调用add()方法，判断当前元素个数和数组容量是否相等，如果相等，则执行扩容操作。
2. 计算新数组的容量，如果当前数组大小为0，则新数组容量为默认容量10，否则容量为原来的2倍。
3. 调用Arrays.copyOf()方法，将原数组复制到新数组中。
4. 将新元素添加到新数组的末尾。

示例1：扩容前的ArrayList打印容量和元素个数

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
        System.out.println("当前容量为：" + getCapacity(list));
        System.out.println("当前元素个数为：" + list.size());
    }

    private static int getCapacity(ArrayList list) {
        try {
            java.lang.reflect.Field field = ArrayList.class.getDeclaredField("elementData");
            field.setAccessible(true);
            return ((Object[])field.get(list)).length;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

输出：

当前容量为：10
当前元素个数为：0

示例2：扩容后的ArrayList打印容量和元素个数

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(10);
        for(int i = 0; i < 11; i++) {
            list.add(i); // 添加11个元素
        }
        System.out.println("扩容后的容量为：" + getCapacity(list));
        System.out.println("当前元素个数为：" + list.size());
    }

    private static int getCapacity(ArrayList list) {
        try {
            java.lang.reflect.Field field = ArrayList.class.getDeclaredField("elementData");
            field.setAccessible(true);
            return ((Object[])field.get(list)).length;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

输出：

扩容后的容量为：20
当前元素个数为：11

总结

ArrayList在添加元素时，会检查当前元素个数是否超过数组的容量，如果超过了，就会自动扩容。扩容是通过创建一个新数组，将原数组中的元素复制到新数组中，再将新元素添加到新数组的末尾实现的。每次扩容，都会将数组的容量扩大一倍。扩容机制保证了ArrayList在添加元素时可以自动增加数组的容量，从而满足动态数组的需求。