ArrayList的大小是如何自动增加的?你能分享一下你的代码吗?

本文深入解析了Java中ArrayList如何自动调整其容量以适应新增元素。当添加元素导致现有容量不足时,ArrayList会创建一个更大的新数组,并通过Arrays.copyOf方法将旧数组的内容复制到新数组中。文章还详细介绍了ArrayList源码中ensureCapacity和grow方法的具体实现。

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这是最有技巧性的的一个问题,大多数人都无法回答。事实上,当有人试图在arraylist中增加一个对象的时候,Java会去检查arraylist,以确保已存在的数组中有足够的容量来存储这个新的对象。如果没有足够容量的话,那么就会新建一个长度更长的数组,旧的数组就会使用Arrays.copyOf方法被复制到新的数组中去,现有的数组引用指向了新的数组。

//ArrayList Add方法:
public boolean add(E e){
    ensureCapacity(size+1); //Increment modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
 
//ensureCapacity方法:处理ArrayList的大小
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    int oldCapacity = elementData.length;
    if (minCapacity > oldCapacity) {
    Object oldData[] = elementData;
    int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
    if (newCapacity < minCapacity)
        newCapacity = minCapacity;
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
}

请注意这样一个情况:新建了一个数组;旧数组的对象被复制到了新的数组中,并且现有的数组指向新的数组。

jdk中源码如下:

private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    //对数组进行1.5倍扩容
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    //如果新的长度小于需要初始化的长度,则就默认用初始化的长度
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    //如果新的长度,大于最大的长度,则会调用hugeCapacity
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    //对数组进行扩容
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}


private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    //需要扩容的数组大于最大长度以后,则会抛出OutOfMemoryError异常
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
}

建议查看ArrayList源码解读

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<think>嗯,我现在需要详细了解一下Java中ArrayList的扩容机制。用户已经提供了一些引用资料,我需要结合这些内容来整理出一个清晰的回答。首先,用户的问题是关于ArrayList的扩容机制和内部实现,所以需要重点围绕这个展开。 根据引用[1]和引用[2],ArrayList的无参构造函数会初始化一个空的Object数组,也就是DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。这似乎意味着初始容量并不是立即分配为10,而是在第一次添加元素时才会扩容到默认的10。可能这里需要解释构造函数的区别,比如无参构造和有参构造对扩容的影响。 引用[3]提到ArrayList的成员变量,比如DEFAULT_CAPACITY是10,还有两个空数组EMPTY_ELEMENTDATA和DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。这可能涉及到扩容时如何确定初始容量,比如当使用无参构造时,第一次添加元素会扩容到10,而使用指定容量为0的构造则可能不同。需要详细说明这些成员变量的作用,以及它们在扩容过程中的判断条件。 引用[4]提到了Vector的扩容方法,但用户的问题是关于ArrayList的,所以可能不需要深入讨论Vector,但可以作为对比,指出ArrayList和Vector在扩容机制上的不同,比如Vector是增长为原来的两倍,而ArrayList是1.5倍。 接下来需要理清扩容的步骤。当调用add方法时,首先会执行ensureCapacityInternal(size + 1),这个方法会计算所需的最小容量,然后进行判断是否需要扩容。如果当前数组长度不够,就会进行扩容。扩容的具体步骤包括计算新容量,通常为旧容量的1.5倍,但如果这个值还不够,就直接使用所需的最小容量,比如当添加一个元素导致size+1超过当前容量时,新容量会被设置为size+1。 还需要注意,当使用无参构造函数时,第一次扩容会从0跳转到10,而后续的扩容则是每次增加1.5倍。而如果使用带有初始容量的构造函数,则会直接分配指定大小的数组,之后的扩容也是按照1.5倍增长。 此外,要提到扩容的具体实现方法,比如使用Arrays.copyOf或者System.arraycopy来复制旧数组到新数组,这会导致一定的性能开销,因此预判容量并初始化合适的容量可以优化性能。 可能还需要对比其他集合类,比如Vector的扩容机制,但用户的问题集中在ArrayList上,所以这部分可以简要带过。另外,线程安全方面,ArrayList不是线程安全的,而Vector是,但用户的问题不涉及线程安全,所以可能不需要深入讨论。 总结来说,回答需要包括以下几个部分: 1. 构造函数的区别对初始容量的影响。 2. 扩容的触发条件(当添加元素时当前容量不足)。 3. 扩容的具体步骤,包括计算新容量和数组复制。 4. 默认扩容策略(1.5倍增长)以及特殊情况处理。 5. 性能影响和优化建议,比如预分配容量。 需要确保引用资料中的内容被正确整合,比如引用[3]中的成员变量和构造函数,引用[1]中的add方法和ensureCapacityInternal调用,以及引用[2]中不同构造函数对扩容的影响。同时,引用[4]虽然涉及Vector,但可以用来对比说明ArrayList的扩容机制不同之处。 可能还需要验证一些细节,比如ensureCapacityInternal的具体实现,是否在第一次添加元素时才会分配默认容量,以及当添加多个元素时扩容的步骤是否正确。例如,当初始容量为10,添加第11个元素时,容量会增加到15,依此类推。 另外,需要注意代码示例的正确性,比如展示add方法中的ensureCapacityInternal调用,以及扩容方法如grow的实现。这部分需要参考JDK源码,确保描述准确。 最后,生成的相关问题需要与ArrayList的扩容机制相关,比如如何优化、与Vector的区别、扩容的性能影响等。</think>### Java ArrayList 扩容机制详解 --- #### 一、核心实现原理 **ArrayList** 的扩容机制通过动态调整数组容量实现高效存储,其核心逻辑包含以下步骤: 1. **容量预判** 每次调用 `add()` 方法时,先通过 `ensureCapacityInternal(size + 1)` 判断当前数组容量是否足够。若不足,触发扩容。 2. **扩容公式** 新容量计算规则: $$ \text{newCapacity} = \max\left(\text{oldCapacity} \times 1.5,\ \text{minRequired}\right) $$ 其中 `minRequired` 是满足当前操作的最小容量(如 `size + 1`)[^1]。 3. **数组复制** 使用 `Arrays.copyOf()` 或 `System.arraycopy()` 将旧数组数据迁移到新数组,时间复杂度为 $O(n)$[^3]。 --- #### 二、关键代码解析 ```java // 添加元素时的核心逻辑 public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // 触发扩容检查 elementData[size++] = e; // 插入元素 return true; } private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { // 首次扩容判断 minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } private void grow(int minCapacity) { int oldCapacity = elementData.length; int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 1.5倍扩容 if (newCapacity < minCapacity) newCapacity = minCapacity; elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } ``` --- #### 三、构造函数对扩容的影响 | **构造函数类型** | **初始容量** | **首次扩容策略** | |------------------------|--------------|-----------------------------------| | `new ArrayList()` | 0 | 首次添加元素时扩容至 10 | | `new ArrayList(0)` | 0 | 直接按需扩容(如第一次扩容到 1) | | `new ArrayList(100)` | 100 | 容量耗尽后按 1.5 倍扩容 | **示例**: - 无参构造首次添加元素:$0 \rightarrow 10$ - 指定容量 5 后添加第 6 个元素:$5 \rightarrow 7$($5 \times 1.5 = 7.5$ 取整为 7) --- #### 四、扩容性能优化建议 1. **预分配容量** ```java List<Integer> list = new ArrayList<>(1000); // 避免多次扩容 ``` 2. **批量添加优化** 使用 `addAll()` 而非循环 `add()`,减少扩容次数。 3. **容量监控** 通过 `ensureCapacity(int)` 方法手动预扩容[^2]。 --- #### 五、与Vector扩容对比 | **特性** | ArrayList | Vector | |------------------|--------------------------|--------------------------| | 扩容倍数 | 1.5 倍 | 2 倍(可自定义增量) | | 线程安全性 | 非线程安全 | 同步方法保证线程安全 | | 扩容触发方式 | 按需自动扩容 | 同左 | --- ### 相关问题 1. ArrayList的默认初始容量为什么设计为10? 2. 如何避免ArrayList频繁扩容导致的性能损耗? 3. 为什么ArrayList的迭代器可能抛出ConcurrentModificationException? 4. Java 8中ArrayList的扩容实现是否有优化? --- 通过上述机制,ArrayList在保证高效随机访问的同时,通过动态扩容平衡了内存使用与性能[^3]。
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