Java ArrayList 扩容机制详解

一、触发条件

当向 ArrayList 添加元素时（如 add()、addAll() 方法），若当前元素数量（size）已达到数组容量（elementData.length），则会触发扩容。

二、扩容流程

1. 计算最小容量
   所需最小容量为当前元素数量 size + 1（单个添加）或 size + numNew（批量添加）。

2. 检查当前容量
   若当前数组容量不足，调用 grow(minCapacity) 方法进行扩容。

3. 计算新容量

   • 默认策略：新容量为原容量的 1.5 倍（即 oldCapacity + (oldCapacity >> 1)）。
   • 特殊情况：若新容量仍不满足最小需求，则直接使用最小容量。

4. 处理最大容量限制
   若新容量超过 MAX_ARRAY_SIZE（Integer.MAX_VALUE - 8），则扩容至 Integer.MAX_VALUE。

5. 数组复制
   使用 Arrays.copyOf() 创建新数组，并将原数据复制到新数组中。

三、源码关键方法

// JDK 17 源码核心逻辑
private Object[] grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        int newCapacity = ArraysSupport.newLength(
            oldCapacity,
            minCapacity - oldCapacity,  // 最小增量
            oldCapacity >> 1            // 默认增量（原容量的一半）
        );
        return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    } else {
        // 初始空数组首次扩容
        return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)];
    }
}

四、扩容策略示例

五、性能优化建议

1. 预分配容量
   构造时指定初始容量，避免多次扩容：

   // 已知需要存储1000个元素
   List<Integer> list = new ArrayList<>(1000);
   

2. 批量操作优化
   使用 addAll() 替代循环添加，减少扩容次数：

   // 高效批量添加
   list.addAll(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5));
   

3. 内存回收
   对不再扩容的列表调用 trimToSize()，释放多余空间：

   list.trimToSize(); // 将数组容量调整为当前元素数量
   

六、特殊场景处理

1. 空列表首次扩容
   使用无参构造器时，初始数组为空。首次添加元素时，容量直接设为 10。

2. 超大容量处理
   当尝试扩容超过 Integer.MAX_VALUE - 8 时，可能抛出 OutOfMemoryError。

七、与 Vector 的对比

总结

ArrayList 的扩容机制通过 1.5 倍动态增长 平衡了内存利用与性能开销。理解其内部实现有助于在开发中：

• 避免频繁扩容带来的性能损耗
• 合理预分配容量优化内存使用
• 选择适合场景的列表实现类（如高并发时使用 CopyOnWriteArrayList）