ArrayList的扩容机制为什么是1.5倍？

原创已于 2025-03-10 22:14:00 修改 · 465 阅读

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#java #算法 #开发语言

于 2025-03-10 22:13:04 首次发布

今天看面试题，看到一个问题像记录一下：
ArrayList的扩容是按照1.5倍进行扩容的，这是为啥？

为啥取1.5倍口扩容呢？

ArrayList底层是数组elementData，用于存放插入的数据。初始大小是0，当有数据插入时，默认大小DEFAULT_CAPACITY = 10。

/**
     * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
     * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
     * empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
     * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

什么时候进行扩容？

当插入数据，导致size + 1 > elementData.length，也就是需要从容量超过目前数组长度时，需要进行扩容。

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!! // add一个元素时，size + 1
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity)); 
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) { // 计算新容量
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { // 代表elementData数组还是一个空数组，没有任何数据
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); // elementData为空时，会扩容到DEFAULT_CAPACITY = 10和minCapacity的最大值，而minCapacity在插入数据时第一次值为1（size + 1 = 1），会扩容为10
        }
        return minCapacity;
    }

如何扩容？

新数组容量为旧数组的1.5倍：newCapacity = 1.5 * oldCapacity ，并且将旧数组内容通过Array.copyOf全部复制到新数组。此时，size还未真正+1，新旧数组长度（size一致），不过容量不同。
把这里的系数1.5，称作扩容因子k = newCapacity / oldCapacity

    /**
     * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
     * number of elements specified by the minimum capacity argument.
     *
     * @param minCapacity the desired minimum capacity
     */
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        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);
    }

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

扩容因子k为何是1.5？

参考C++ STL 中 vector 内存用尽后, 为什么每次是 2 倍的增长, 而不是 3 倍或其他值? - Milo Yip的回答 - 知乎，有一个很通俗的解释，扩容因子最适合范围为(1, 2)。

下面举一组对比的例子，取不同扩容因子和初始容量的内存分配情况，当然容量不可能是4，只是方便说明：

k = 2, capacity = 4
0123
    01234567
            0123456789101112131415
                                  012345678910111213141516171819202122232425262728293031
                                                                                        0123...

k = 1.5, capacity = 4
0123
    012345
          012345678
                <--(0123456789101112)
0123456789101112
                ...

k=1.5时，就能充分利用前面已经释放的空间。如果k >= 2，新容量刚刚好永远大于过去所有废弃的数组容量。