ArrayList是如何扩容的呢？

下文讲述Arraylist的扩容示例简介说明,如下所示:

ArrayList构造函数简介说明

　　ArrayList有三种构造函数来初始化源码如下：

  /**
       * 默认初始容量大小
       */
      private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
      
  
      private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
  
      /**
      *默认构造函数，使用初始容量10构造一个空列表(无参数构造)
      */
     public ArrayList() {
         this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
     }
     
     /**
      * 带初始容量参数的构造函数。（用户自己指定容量）
      */
     public ArrayList(int initialCapacity) {
         if (initialCapacity > 0) {//初始容量大于0
             //创建initialCapacity大小的数组
             this.elementData = new Object[initialCapacity];
         } else if (initialCapacity == 0) {//初始容量等于0
             //创建空数组
             this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
         } else {//初始容量小于0，抛出异常
             throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                                initialCapacity);
         }
     } 

    /**
     *构造包含指定collection元素的列表，这些元素利用该集合的迭代器按顺序返回
     *如果指定的集合为null，throws NullPointerException。 
     */
      public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
         elementData = c.toArray();
         if ((size = elementData.length) != 0) {
             // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
             if (elementData.getClass() != Object[].class)
                 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
         } else {
             // replace with empty array.
             this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
         }
     }

从以上的代码，我们可以看出:
当使用无参构造方法创建ArrayList时,
实际上初始化赋值的是一个空数组
当对数组进行添加元素操作时，才真正分配容量
即向数组中添加第一个元素时，数组容量扩为10

ArrayList 扩容机制

下文笔者将使用无参构造函数的方式创建ArrayList为例进行相关分析
add方法

  /**
      * 将指定的元素追加到此列表的末尾。 
  */
public boolean add(E e) {
   //添加元素之前，先调用ensureCapacityInternal方法
         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
         //这里看到ArrayList添加元素的实质就相当于为数组赋值
         elementData[size++] = e;
         return true;
     }

//ensureCapacityInternal() 方法
//得到最小扩容量
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
         if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
              // 获取默认的容量和传入参数的较大值
             minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
         }
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
   }
//当add进第1个元素时,minCapacity为1,在Math.max()方法比较后,minCapacity为10
//ensureExplicitCapacity() 方法
  //判断是否需要扩容
     private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
         modCount++; 
         // overflow-conscious code
         if (minCapacity - elementData.length > 0)
             //调用grow方法进行扩容，调用此方法代表已经开始扩容了
             grow(minCapacity);
   }

add加入第一个元素时,如果list为0时,则会调用ensureCapacityInternal() 方法
此时minCapacity为10
-------------------------------------------------------------------------------
当minCapacity - elementData.length > 0 成立,则进入 grow(minCapacity)方法
-------------------------------------------------------------------------------
当add第2个元素时,minCapacity为2
此时elementData.length(容量)在添加第一个元素后扩容成10
-------------------------------------------------------------------------------
当minCapacity - elementData.length > 0 不成立,所以不会进入grow(minCapacity)方法
添加第3、4···到第10个元素时，依然不会执行grow方法，数组容量都为10。
　　直到添加第11个元素，minCapacity(为11)比elementData.length(为10)要大
此时将进入grow()方法

grow()方法

      /**
       * 要分配的最大数组大小
       */
      private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
 
      /**
       * ArrayList扩容的核心方法。
       */
      private void grow(int minCapacity) {
         // oldCapacity为旧容量，newCapacity为新容量
        int oldCapacity = elementData.length;
        //将oldCapacity 右移一位，其效果相当于oldCapacity /2，
         //我们知道位运算的速度远远快于整除运算，整句运算式的结果就是将新容量更新为旧容量的1.5倍，
         int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
         //然后检查新容量是否大于最小需要容量，若还是小于最小需要容量，那么就把最小需要容量当作数组的新容量，
         if (newCapacity - minCapacity < 0)
             newCapacity = minCapacity;
        // 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,进入(执行) `hugeCapacity()` 方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE，
        //如果minCapacity大于最大容量，则新容量则为`Integer.MAX_VALUE`，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 `Integer.MAX_VALUE - 8`。
         if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
             newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
         // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
         elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
     }

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)
即ArrayList每次扩容之后容量都会变为原来的1.5倍左右(oldCapacity为偶数就是1.5倍,否则是1.5倍左右) 奇偶不同,如:10+10/2=15,33+33/2=49,当为奇数的话会丢掉小数

hugeCapacity()方法

从grow() 方法中,我们可获取:当新容量大于MAX_ARRAY_SIZE,进入(运行)hugeCapacity()方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE
如果minCapacity大于最大容量，则新容量则为Integer.MAX_VALUE
否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 Integer.MAX_VALUE - 8

      private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
          if (minCapacity < 0) // overflow
              throw new OutOfMemoryError();
          //对minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE进行比较
          //若minCapacity大，将Integer.MAX_VALUE作为新数组的大小
         //若MAX_ARRAY_SIZE大，将MAX_ARRAY_SIZE作为新数组的大小
          //MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
          return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
              Integer.MAX_VALUE :
             MAX_ARRAY_SIZE;
    }

System.arraycopy() 和 Arrays.copyOf()方法

从源码中,我们可以看出ArrayList中大量调用了这两个方法
如:扩容操作以及add(int index, E element)、toArray() 等方法

System.arraycopy()方法简介

  /**
       * 在此列表中的指定位置插入指定的元素。 
       *先调用 rangeCheckForAdd 对index进行界限检查；然后调用 ensureCapacityInternal 方法保证capacity足够大；
       *再将从index开始之后的所有成员后移一个位置；将element插入index位置；最后size加1。
       */
      public void add(int index, E element) {
          rangeCheckForAdd(index);
  
          ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
         //arraycopy()方法实现数组自己复制自己
         //elementData:源数组;index:源数组中的起始位置;elementData：目标数组；index + 1：目标数组中的起始位置； size - index：要复制的数组元素的数量；
         System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
         elementData[index] = element;
         size++;
     }

例:
ArrayCopy测试

  public class ArraycopyTest { 
      public static void main(String[] args) {
          int[] a = new int[10];
          a[0] = 0;
          a[1] = 1;
          a[2] = 2;
          a[3] = 3;
         System.arraycopy(a, 2, a, 3, 3);
         a[2]=99;
         for (int i = 0; i < a.length; i++) {
             System.out.println(a[i]);
         }
     }
 }

Arrays.copyOf()方法简介

 /**
      以正确的顺序返回一个包含此列表中所有元素的数组（从第一个到最后一个元素）; 返回的数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。 
      */
     public Object[] toArray() {
     //elementData：要复制的数组；size：要复制的长度
         return Arrays.copyOf(elementData, size);
     }
//Arrays.copyOf()方法测试

  public class ArrayscopyOfTest {
  
      public static void main(String[] args) {
          int[] a = new int[3];
          a[0] = 0;
          a[1] = 1;
          a[2] = 2;
          int[] b = Arrays.copyOf(a, 10);
          System.out.println("b.length"+b.length);
     }
 }

ensureCapacity方法

　　ArrayList源码中有一个ensureCapacity

      /**
      如有必要，增加此 ArrayList 实例的容量，以确保它至少可以容纳由minimum capacity参数指定的元素数。
       *
       * @param   minCapacity   所需的最小容量
       */
      public void ensureCapacity(int minCapacity) {
          int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
              // any size if not default element table
              ? 0
             // larger than default for default empty table. It's already
             // supposed to be at default size.
             : DEFAULT_CAPACITY;
 
         if (minCapacity > minExpand) {
             ensureExplicitCapacity(minCapacity);
         }
     }