ArrayList的扩容机制详解，解决面试难题！

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chowley 2024-02-01 21:29:52 博主文章分类：QALog ©著作权

文章标签 ci 数组数据结构 文章分类 Java 后端开发 yyds干货盘点

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前言

大家好，我是chowley，不知各位在面试中，是否被问过 ‘读没读过相关框架的源码？’ 这个经典问题？我最近就遇到了，虽然我之前读过，但这玩意干读不进味啊

今天我就来讲讲ArrayList，这个白家长谈的经典数据结构的扩容机制！

ArrayList

在Java的集合框架中，ArrayList是一个非常常用的动态数组实现。了解其内部扩容机制对于我们编写的代码十分有益。

1. 介绍

ArrayList是java.util包下的一个类，它实现了动态数组的数据结构。相比于传统数组，ArrayList具有自动扩容的特性，可以根据需要动态地调整数组的大小。

2. 扩容机制

当ArrayList的元素数量接近或超过其当前容量时，就会触发扩容操作。ArrayList的扩容机制主要涉及以下几个关键参数：

elementData： 用于存储实际元素的数组。
size： 当前ArrayList中元素的个数。
DEFAULT_CAPACITY： 默认初始容量，一般为10。
MAX_ARRAY_SIZE： 数组的最大容量，一般为Integer.MAX_VALUE - 8。

2.1 扩容触发条件

扩容会在以下两种情况下触发：

添加元素时，size超过elementData的长度
使用带有指定初始容量的构造方法，并且该初始容量大于默认容量，也会触发扩容。

2.2 扩容操作过程

扩容的核心方法是 grow(int minCapacity)。下面是扩容的大致过程：

计算新容量：
新容量一般为原容量的 1.5 倍，即 oldCapacity + (oldCapacity >> 1)。如果这个值仍然不足以容纳 minCapacity 个元素，那么新容量将被设置为 minCapacity。
检查是否超过最大容量：

如果新容量超过了 MAX_ARRAY_SIZE，则新容量将被设置为 Integer.MAX_VALUE。这是由于数组的最大长度是 Integer.MAX_VALUE。
创建新数组并复制元素：

利用 Arrays.copyOf 创建一个新的数组，并将原数组中的元素复制到新数组中。
替换原数组：

将 elementData 指向新的数组。

2.3 扩容示例代码

以下是 ArrayList 扩容机制的示例代码：

private void grow(int minCapacity) {
    // 获取原容量
    int oldCapacity = elementData.length;
    // 计算新容量
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

    // 检查是否足够容纳minCapacity个元素
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;

    // 检查是否超过最大容量
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

    // 创建新数组并复制元素
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) // 溢出
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
        Integer.MAX_VALUE :
        MAX_ARRAY_SIZE;
}