ArrayList 扩容机制的源码剖析

在 Java 编程中，ArrayList是一个常用的集合类，它实现了List接口，底层基于数组实现。与普通定长数组不同，ArrayList能够根据元素的添加情况动态调整数组的大小，这就是其扩容机制。下面我们将深入剖析ArrayList扩容机制的源码。

有的同学可能在别的地方听过一些ArrayList扩容，大部分会说ArrayList底层是数组结构的，默认长度为10，当数组加满后会自动扩容1.5倍。这样的说法不完全对。

正确的步骤应该是如下的：

一、`ArrayList`的构造方法

1. 无参构造

我们可以自己实际的去探索一下，打开idea,按快捷键ctrl+n,输入ArrayList，选择All Places，点击Java.util那个。

进入之后可以按ctrl+f12，按add，查找add方法，可以发现有很多add方法。

或者按Alt+7将整个大纲罗列出来，这里我们主要看的是空参构造

在这选中elementDate,按住ctrl+B,发现它是一个数组。

我们再看看DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA这个是什么，就会发现它是一个长度为0的数组，所以空参构造默认初始值为0。

当使用new ArrayList<>()创建对象时，底层会创建一个空数组。相关源码如下：

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
public ArrayList() {this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

这里的DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是一个空的Object数组，ArrayList将其赋值给用于存储元素的elementData数组。

这里我将所有代码类全部汇总到一起，可以更好的理解过程。

2. 带初始容量的构造

当使用new ArrayList<>(int size)时，如果传入的size大于 0，会创建一个指定长度的数组；如果size等于 0，会创建一个空数组，与无参构造的情况相同；如果size小于 0，则会抛出IllegalArgumentException异常。源码如下：

public ArrayList(int initialCapacity) {if (initialCapacity > 0) {this.elementData = new Object[initialCapacity];} else if (initialCapacity == 0) {this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;} else {throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);}
}

其中EMPTY_ELEMENTDATA也是一个空数组，与DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA有所区别，主要用于标识通过带容量参数且容量为 0 的构造方法创建的情况。

3. 带集合参数的构造

当使用new ArrayList<>(Collection<? extends E> c)时，会先将传入的集合转换为数组，然后判断数组长度：如果长度为 0，按无参构造方式创建空数组；如果不为 0，再判断传入的集合是否是ArrayList类型。如果是，直接将转换后的数组赋值给elementData；如果不是，使用Arrays.copyOf方法进行二次复制，以确保安全性和隔离性。相关源码如下：

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {elementData = c.toArray();if ((size = elementData.length) != 0) {if (c.getClass() == ArrayList.class) {this.elementData = elementData;} else {this.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);}} else {this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;}
}

二、添加元素与扩容触发

当调用add(E e)方法向ArrayList中添加元素时，可能会触发扩容机制。add方法的源码如下：

public boolean add(E e) {ensureCapacityInternal(size + 1);  // 确保有足够的容量来存储新元素elementData[size++] = e;return true;
}

其中ensureCapacityInternal(int minCapacity)方法用于确保内部数组有足够的容量来存储新元素。minCapacity表示所需的最小容量，这里是当前元素个数size加 1。

进入ensureCapacityInternal方法：

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);}ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

在这个方法中，如果elementData是默认的空数组（即通过无参构造创建的情况），会将minCapacity设置为默认容量DEFAULT_CAPACITY（值为 10）和minCapacity中的较大值。然后调用ensureExplicitCapacity方法来判断是否需要扩容。

ensureExplicitCapacity方法的源码如下：

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {modCount++;if (minCapacity - elementData.length > 0)grow(minCapacity);
}

这里通过比较所需的最小容量minCapacity和当前数组elementData的长度，如果minCapacity大于elementData.length，则说明当前数组容量不足，需要调用grow方法进行扩容。

三、扩容的核心方法`grow`

grow方法是ArrayList扩容的关键，其源码如下：

private void grow(int minCapacity) {int oldCapacity = elementData.length;int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);  // 扩容为原来的1.5倍if (newCapacity - minCapacity < 0)newCapacity = minCapacity;if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

在grow方法中，首先获取当前数组的容量oldCapacity，然后通过oldCapacity + (oldCapacity >> 1)计算出一个新的容量newCapacity，这里oldCapacity >> 1表示将oldCapacity右移一位，相当于除以 2，所以新容量是原来的 1.5 倍。

接着会进行两次判断：

如果newCapacity小于minCapacity，说明 1.5 倍扩容后的容量仍不满足需求，此时将newCapacity设置为minCapacity，即按需扩容。
如果newCapacity超过了ArrayList所能支持的最大数组大小MAX_ARRAY_SIZE（在Integer.MAX_VALUE - 8和Integer.MAX_VALUE之间的一个值，具体取决于 JVM 的实现），则调用hugeCapacity方法来确定最终的容量。