ArrayList的扩容策略：深入理解与应用-优快云博客

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ArrayList的扩容策略：深入理解与应用

引言

在Java编程中，ArrayList是一个非常常用的集合类，用于存储和操作一组对象。ArrayList的底层实现是一个动态数组，它可以根据需要自动扩容。本文将深入探讨ArrayList的扩容策略，帮助你更好地理解和应用这一特性。

前置知识

在深入了解ArrayList的扩容策略之前，你需要掌握以下几个基本概念：

集合框架（Collection Framework）：Java的集合框架是一组用于存储和操作对象的类和接口。常见的集合类包括ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap等。
动态数组（Dynamic Array）：动态数组是一种可以根据需要自动调整大小的数组。ArrayList的底层实现就是一个动态数组。
扩容（Resize）：扩容是指在数组容量不足时，自动增加数组的容量，以容纳更多的元素。

`ArrayList`的扩容策略

1. 初始容量

ArrayList的默认初始容量是10。当你创建一个ArrayList对象时，如果没有指定初始容量，ArrayList会自动分配一个容量为10的数组。

ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); // 默认初始容量为10

代码解释：

ArrayList<String> list = new ArrayList<>()：创建一个ArrayList对象，默认初始容量为10。

2. 扩容机制

当ArrayList中的元素数量超过当前数组的容量时，ArrayList会自动扩容。扩容的过程包括以下几个步骤：

创建新数组：ArrayList会创建一个新的数组，新数组的容量是原数组容量的1.5倍（在Java 8及之前的版本中是1.5倍，在Java 9及之后的版本中是2倍）。
复制元素：ArrayList会将原数组中的元素复制到新数组中。
替换数组：ArrayList会将新数组替换原数组，完成扩容。

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 新容量为原容量的1.5倍
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

代码解释：

int oldCapacity = elementData.length：获取原数组的容量。
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)：计算新数组的容量，新容量为原容量的1.5倍。
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity)：创建新数组，并将原数组中的元素复制到新数组中。

3. 扩容因子

ArrayList的扩容因子是1.5（在Java 8及之前的版本中是1.5倍，在Java 9及之后的版本中是2倍）。这意味着每次扩容时，新数组的容量是原数组容量的1.5倍。

4. 扩容的触发条件

ArrayList会在以下情况下触发扩容：

添加元素：当调用add方法添加元素时，如果当前数组的容量不足，ArrayList会触发扩容。
插入元素：当调用add(int index, E element)方法在指定位置插入元素时，如果当前数组的容量不足，ArrayList会触发扩容。
批量添加元素：当调用addAll方法批量添加元素时，如果当前数组的容量不足，ArrayList会触发扩容。

5. 扩容的性能影响

扩容操作会带来一定的性能开销，因为每次扩容都需要创建新数组并将原数组中的元素复制到新数组中。因此，频繁的扩容操作会影响ArrayList的性能。为了避免频繁扩容，可以在创建ArrayList对象时指定一个较大的初始容量。

ArrayList<String> list = new ArrayList<>(100); // 指定初始容量为100

代码解释：

ArrayList<String> list = new ArrayList<>(100)：创建一个ArrayList对象，指定初始容量为100。

实际应用示例

示例1：默认初始容量

假设我们创建一个ArrayList对象，并添加10个元素。由于默认初始容量为10，ArrayList不会触发扩容。

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            list.add("Element " + i);
        }
        System.out.println("List size: " + list.size());
    }
}

代码解释：

ArrayList<String> list = new ArrayList<>()：创建一个ArrayList对象，默认初始容量为10。
for (int i = 0; i < 10; i++)：添加10个元素到ArrayList中。
System.out.println("List size: " + list.size())：输出ArrayList的大小。

示例2：触发扩容

假设我们创建一个ArrayList对象，并添加11个元素。由于默认初始容量为10，ArrayList会触发扩容。

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 11; i++) {
            list.add("Element " + i);
        }
        System.out.println("List size: " + list.size());
    }
}

代码解释：

ArrayList<String> list = new ArrayList<>()：创建一个ArrayList对象，默认初始容量为10。
for (int i = 0; i < 11; i++)：添加11个元素到ArrayList中，触发扩容。
System.out.println("List size: " + list.size())：输出ArrayList的大小。

示例3：指定初始容量

假设我们创建一个ArrayList对象，并指定初始容量为100。这样可以避免频繁扩容，提高性能。

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>(100);
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            list.add("Element " + i);
        }
        System.out.println("List size: " + list.size());
    }
}