Java 集合中 ArrayList 的扩容机制原理（面试+读源码）

ゝ一纸荒年。 2023-10-10 23:55 2阅读 0赞

在 Java 中，ArrayList 内部是通过一个数组来存储元素的，是一个数组结构的存储容器。当向一个 ArrayList 中添加元素时，如果当前数组已经满了，就需要扩容。

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集合的继承关系图

## 一、面试回答 ##

#### ( ArrayList 的扩容机制原理 ) ####

面试官好，ArrayList 是一个数组结构的存储容器，默认情况下，设置数组长度是 10. 当然我们也可以在构建 ArrayList 对象的时候自己指定初始长度。 随着在程序里面不断的往 ArrayList 中添加数据，当添加的数据达到 10 个的时候， ArrayList 就没有多余容量可以存储后续的数据。 这个时候 ArrayList 会自动触发扩容。 扩容的具体流程很简单， 1. 首先，创建一个新的数组，这个新数组的长度是原来数组长度的 1.5 倍。 2. 然后使用 Arrays.copyOf 方法把老数组里面的数据拷贝到新的数组里面。 扩容完成后再把当前要添加的元素加入到新的数组里面，从而完成动态扩容的过程。 以上就是我对这个我对这个问题的理解！

#### 或者不直接问： ArrayList 扩容是在第10个元素还是第11个元素触发的 ? ####

在 Java 中，`ArrayList` 的扩容是在添加第11个元素时触发的，当 `ArrayList` 中的元素数量达到了其初始容量（默认为 10）时，`ArrayList` 会自动扩容，新的容量为原来的 1.5 倍。当然也可以在创建 `ArrayList` 对象时指定其初始容量，以避免频繁的扩容操作。

## 二、源码理解（Debug模式） ##

import java.util.ArrayList;
    @SuppressWarnings({"all"})
    public class ArrayListSource {
    
        public static void main(String[] args) {
    
            //解读源码
            //注意，注意，注意，Idea 默认情况下，Debug 显示的数据是简化后的，如果希望看到完整的数据
            //需要做设置. //使用无参构造器创建 ArrayList 对象
            ArrayList list = new ArrayList();
    //        ArrayList list = new ArrayList(8);
            //使用 for 给 list 集合添加 1-10 数据
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                list.add(i);
            }
            //使用 for 给 list 集合添加 11-15 数据
            for (int i = 11; i <= 15; i++) {
                list.add(i);
            }
            list.add(100);
            list.add(200);
            list.add(null);
        }
    }

<table style="width:660px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>F7&nbsp;</td> 
   <td>单步调试进行下一步，遇到方法会进入方法内，同一行有多个方法时可以用左右键选择；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>F8&nbsp;</td> 
   <td>单步调试，进行下一步，不会进入方法内；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Alt+Shift+F7</td> 
   <td>强制进入方法内；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Shift+F8&nbsp;&nbsp;</td> 
   <td>直接跳出方法；</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>F9</td> 
   <td>跳到下一个断点或者直接执行完程序</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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首先进入ArrayList的构造器，看到 elementData 第一次初始化的时候就是一个空数组

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接下来进入到for循环，第一次进去会把int 给类型转化，进行一个装箱操作。

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然后在添加的时候 ，先执行了判断这个要添加的这个 e 的大小是否达到要求，满足了再将e放入![21dd48644b2844e5a5aea2ba1e9c6a0f.png][]

![5af6bf6a950c47d48b84c38847d204c1.png][]

第一次返回的一定是 10 （是规定好的了）![89cda0e54fca44048d003b466e81975f.png][]

拿到 minCapacity 然后再进入到  ensureExplicitCapacity 其中modCount 表示被修改的次数(这里主要防止有多个线程同时去修改，如果有，则会抛出异常)

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只有当 elementData 的大小小于10的时候就调用grow 方法进行扩容。

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先把传进来的数组大小赋值给一个变量 oldCapacity ，然后按照原先数组的1.5倍进行扩容（右移一位，相当于除以2） 而 Arrays.copyOf 其实就是数组的复制。

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即得到了 10个 elementData 的空元素

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ArrayList 的扩容机制是在添加元素时判断当前数组大小是否已经满了，如果已经满了，则创建一个新的更大的数组，并将原来的元素全部复制到新的数组中。具体的扩容规则如下：

1.  当添加元素后，size 大小已经等于或超过了数组的容量 capacity 时，就会触发扩容操作。
2.  扩容的大小默认情况下为原数组大小的一半。比如原数组大小为 10，那么扩容后的数组大小为 15。
3.  如果扩容后的大小还是不够，那么就以添加元素的数量作为扩容大小，即新数组的大小为 oldCapacity + (oldCapacity >> 1) + 1。

需要注意的是，ArrayList 中的数组无法动态地调整大小，因此每次扩容都需要创建新的数组和复制元素，这可能会带来一些性能损失。为了避免频繁扩容，我们可以在使用 ArrayList 时尽量预估元素数量，初始化时指定一个合适的初始容量。

在实际使用中，我们可以通过指定初始容量和适当的预估来优化扩容操作，以提高性能。

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