ArrayList 底层结构和源码分析

ArrayList 基本介绍

ArrayList实现了List接口。它可以存储包括null的任何类型的对象，允许重复元素。ArrayList在内部使用一个数组来存储元素，当元素数量超过数组容量时，ArrayList会自动重新分配更大的内部数组，并且将现有元素复制到新数组中。ArrayList基本等同于Vector，但是ArrayList是线程不安全的（执行效率高），在多线程情况下不建议使用ArrayList。
ArrayList 源码阅读及操作机制

首先ArrayList中用来存储元素的数组是 Object 类型的数组 elementData，ArrayList的容量就是这个数组的大小。

1. transient Object[] elementData;

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通过 debug 下面这段代码来观察ArrayList的扩容机制。

1. public class TestArrayList() {
2.   public static void main(String[] args) {
3.     ArrayList list = new ArrayList();
4.     // ArrayList list = new ArrayList(4);
5.         for (int i = 1; i <= 10; i++) {
6.             list.add(i);
7.         }
8.         for (int i = 11; i <= 15; i++) {
9.             list.add(i);
10.         }
11.   }
12. }

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grow()

该方法增加容量以确保列表至少能够容纳最小容量参数minCapacity指定的元素数量。计算得到新容量应为旧容量的 1.5 倍。如果计算得到的新容量小于需要的最小容量，则新容量应为需要的最小容量（使用无参构造器第一次添加元素时即为这种情况，第一次扩容为 10）。如果请求的数组大小超过了虚拟机的限制，可能会导致 OutOfMemoryError。最后通过数组复制copyOf.copyOf()来进行真正的扩容。

1. public ArrayList() {
2.   this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
3. }

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总结

当使用无参构造器创建ArrayList对象时，elementData 初始容量为 0，第一次添加元素时 elementData 扩容为 10，以后再需要扩容，按 1.5 倍来扩容。若使用有参构造器创建ArrayList对象，elementData 初始容量为指定大小，如果需要扩容，则扩容为 1.5 倍。
值得注意的是，由于每次调整容量都需要将所有元素复制到新数组中，所以在元素数量较多时，频繁地调整容量可能会导致性能下降。为了避免频繁地调整容量，可以使用ArrayList的指定大小的构造方法或在添加大量元素之前使用ensureCapacity()方法预先指定较大的容量，以减少容量调整的次数。
另外，当从ArrayList中删除元素时，并不会立即缩小内部数组的容量。如果希望减少内存占用，可以使用trimToSize()方法来调整ArrayList的容量，使其与元素数量匹配。这样可以释放未使用的内存空间。

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