ArrayList扩容机制

ArrayList 有三种方式来初始化，构造方法源码如下（JDK8）：

/**
 * 默认初始容量大小
 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
 * 默认构造函数，使用初始容量10构造一个空列表(无参数构造)
 */
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

/**
 * 带初始容量参数的构造函数。（用户自己指定容量）
 */
public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) {//初始容量大于0
        //创建initialCapacity大小的数组
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else if (initialCapacity == 0) {//初始容量等于0
        //创建空数组
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } else {//初始容量小于0，抛出异常
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);
    }
}


/**
 *构造包含指定collection元素的列表，这些元素利用该集合的迭代器按顺序返回
 *如果指定的集合为null，throws NullPointerException。
 */
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        // replace with empty array.
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

以无参数构造方法创建 ** ArrayList ** 时，实际上初始化赋值的是一个空数组。当真正对数组进行添加元素操作时，才真正分配容量。即向数组中添加第一个元素时，数组容量扩为 10。

add 方法

/**
* 将指定的元素追加到此列表的末尾。
*/
public boolean add(E e) {
    // 加元素之前，先调用ensureCapacityInternal方法
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    // 这里看到ArrayList添加元素的实质就相当于为数组赋值
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

ensureCapacityInternal​ 方法的源码如下：

// 根据给定的最小容量和当前数组元素来计算所需容量。
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    // 如果当前数组元素为空数组（初始情况），返回默认容量和最小容量中的较大值作为所需容量
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    // 否则直接返回最小容量
    return minCapacity;
}

// 确保内部容量达到指定的最小容量。
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

​ensureCapacityInternal​ 方法非常简单，内部直接调用了 ensureExplicitCapacity​ 方法：

//判断是否需要扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    //判断当前数组容量是否足以存储minCapacity个元素
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        //调用grow方法进行扩容
        grow(minCapacity);
}

• 当我们要 add​ 进第 1 个元素到 ArrayList​ 时，elementData.length​ 为 0 （因为还是一个空的 list），因为执行了 ensureCapacityInternal()​ 方法 ，所以 minCapacity​ 此时为 10。此时，minCapacity - elementData.length > 0​成立，所以会进入 grow(minCapacity)​ 方法。
• 当 add​ 第 2 个元素时，minCapacity​ 为 2，此时 elementData.length​(容量)在添加第一个元素后扩容成 10​ 了。此时，minCapacity - elementData.length > 0​ 不成立，所以不会进入 （执行）grow(minCapacity)​ 方法。
• 添加第 3、4···到第 10 个元素时，依然不会执行 grow 方法，数组容量都为 10。
• 直到添加第 11 个元素，minCapacity​(为 11)比 elementData.length​（为 10）要大。进入 grow​ 方法进行扩容。

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grow 方法

/**
 * 要分配的最大数组大小
 */
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

/**
 * ArrayList扩容的核心方法。
 */
private void grow(int minCapacity) {
    // oldCapacity为旧容量，newCapacity为新容量
    int oldCapacity = elementData.length;
    // 将oldCapacity 右移一位，其效果相当于oldCapacity /2，
    // 我们知道位运算的速度远远快于整除运算，整句运算式的结果就是将新容量更新为旧容量的1.5倍，
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

    // 然后检查新容量是否大于最小需要容量，若还是小于最小需要容量，那么就把最小需要容量当作数组的新容量，
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;

    // 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,进入(执行) `hugeCapacity()` 方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE，
    // 如果minCapacity大于最大容量，则新容量则为`Integer.MAX_VALUE`，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 `Integer.MAX_VALUE - 8`。
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

​**int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)** ​ ,所以 ArrayList 每次扩容之后容量都会变为原来的 1.5 倍左右（oldCapacity 为偶数就是 1.5 倍，否则是 1.5 倍左右）！ 奇偶不同，比如：10+10/2 = 15, 33+33/2=49。如果是奇数的话会丢掉小数.—

著作权归JavaGuide(javaguide.cn)所有 基于MIT协议 原文链接：https://javaguide.cn/java/collection/arraylist-source-code.html

• 当 add​ 第 1 个元素时，oldCapacity​ 为 0，经比较后第一个 if 判断成立，newCapacity = minCapacity​(为 10)。但是第二个 if 判断不会成立，即 newCapacity​ 不比 MAX_ARRAY_SIZE​ 大，则不会进入 hugeCapacity​ 方法。数组容量为 10，add​ 方法中 return true,size 增为 1。
• 当 add​ 第 11 个元素进入 grow​ 方法时，newCapacity​ 为 15，比 minCapacity​（为 11）大，第一个 if 判断不成立。新容量没有大于数组最大 size，不会进入 hugeC​apacity 方法。数组容量扩为 15，add 方法中 return true,size 增为 11。
• 以此类推······

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