Java ArrayList的扩容机制是怎样的？

Java ArrayList 的扩容机制是其核心特性之一，目的是在元素数量接近当前数组容量时，通过动态调整数组大小来保证新增元素有足够的存储空间。其底层扩容逻辑可总结为以下几个关键点：

1. 触发扩容的时机

当调用 add() 或 add(int index, E element) 等方法添加元素时，ArrayList 会先检查当前数组容量是否足够（即 size + 1 是否超过数组长度）。如果不足，则触发扩容。

2. 扩容的核心逻辑

扩容的核心步骤在 grow() 方法中实现，具体规则如下：

• 计算新容量：默认情况下，新容量 = 旧容量 + 旧容量的一半（即 扩容为原来的 1.5 倍）。undefined实现方式为位运算：int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)（oldCapacity >> 1 等价于 oldCapacity / 2，效率更高）。
• 特殊情况处理：undefined如果计算出的新容量仍小于实际需要的最小容量（例如初始容量为 0 时添加大量元素），则直接将新容量设为“所需最小容量”。

3. 扩容的具体过程

1. 检查容量需求：通过 ensureCapacityInternal() 确定所需的最小容量（minCapacity = size + 1）。
2. 判断是否需要扩容：若 minCapacity 超过当前数组长度，则调用 grow() 方法。
3. 创建新数组并复制元素：通过 Arrays.copyOf() 生成一个新容量的数组，并将原数组中的元素复制到新数组中，最后替换原数组引用。

4. 初始容量的特殊处理

• 若使用无参构造器 new ArrayList()，初始数组为空（EMPTY_ELEMENTDATA），第一次添加元素时会直接扩容到默认容量 10。
• 若指定初始容量（如 new ArrayList(5)），则初始数组长度为指定值，后续扩容仍按 1.5 倍规则执行。

示例说明

假设初始容量为 10，扩容过程如下：

• 当添加第 11 个元素时，旧容量为 10，新容量 = 10 + 5 = 15。
• 当添加第 16 个元素时，旧容量为 15，新容量 = 15 + 7 = 22（15 的一半为 7.5，取整数 7）。
• 若一次添加 20 个元素（初始为空数组），第一次扩容会直接使用所需容量 20（而非默认 10）。

总结

ArrayList 的扩容机制通过“按需动态扩容”实现了灵活的容量管理，默认以 1.5 倍方式扩容，平衡了内存占用和操作效率（复制元素的时间复杂度为 O(n)，但扩容频率较低）。如果能预估元素数量，建议在初始化时指定合适的容量，减少扩容次数以优化性能。