ArrayList 的扩容机制解析

ArrayList 是 Java 中最常用的动态数组实现，其核心优势在于自动扩容——无需预先指定容量，即可按需增长。但这一“便利”背后，有一套严谨的扩容逻辑。

一、添加元素时触发扩容检查

当我们调用 add(E e) 方法时，ArrayList 并不会直接将元素放入数组，而是先检查容量是否足够：

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1); // 检查并确保容量
    elementData[size++] = e;          // 赋值
    return true;
}

关键在 ensureCapacityInternal 方法。

二、扩容的核心逻辑

1. 默认初始容量
   若使用无参构造（new ArrayList<>()），底层 elementData 初始为一个空数组。首次添加元素时，会初始化为容量 10。
   
2. 扩容规则当 size + 1 > 当前容量 时，触发扩容：

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 扩容 1.5 倍

• 例如：当前容量 10 → 扩容后为 15；
• 若仍不够（如一次性添加大量元素），则直接扩容到所需最小容量。

1. 数组拷贝
   扩容通过 Arrays.copyOf(elementData, newCapacity) 实现，创建新数组并将旧数据复制过去。这是一个 O(n) 操作，代价较高。
   

三、性能启示

• 频繁扩容影响性能：每次扩容都涉及内存分配与数据拷贝；
• 建议预估容量：若已知元素数量，使用 new ArrayList<>(initialCapacity) 初始化，避免多次扩容；
• Guava 推荐：Lists.newArrayListWithCapacity(100) 可读性更佳。

四、示例对比

// 不推荐：多次扩容
List<String> list1 = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    list1.add("item" + i);
}
// 推荐：一次到位
List<String> list2 = new ArrayList<>(1000);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    list2.add("item" + i);
}

后者避免了约 10 次扩容（10 → 15 → 22 → 33 → ... → 1000），显著提升效率。

总结

ArrayList 的扩容机制以 1.5 倍增长平衡空间与时间开销，但在性能敏感场景下，主动指定初始容量是最佳实践。理解其底层原理，有助于写出更高效、更稳定的代码。