一 先从 ArrayList 的构造函数说起
ArrayList有三种方式来初始化，构造方法源码如下：
/**
* 默认初始容量大小
*/privatestaticfinalintDEFAULT_CAPACITY =10;privatestaticfinalObject[] 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)
*/publicArrayList() {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）
*/publicArrayList(intinitialCapacity) {if(initialCapacity >0) {//初始容量大于0//创建initialCapacity大小的数组this.elementData =newObject[initialCapacity]; }elseif(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thrownewIllegalArgumentException("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。
*/publicArrayList(Collection 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; } }
细心的同学一定会发现 ： 以无参数构造方法创建 ArrayList 时，实际上初始化赋值的是一个空数组。当真正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。 下面在我们分析 ArrayList 扩容时会降到这一点内容！
二 一步一步分析 ArrayList 扩容机制
这里以无参构造函数创建的 ArrayList 为例分析
1. 先来看 add 方法
/**
* 将指定的元素追加到此列表的末尾。
*/publicbooleanadd(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;returntrue; }
2. 再来看看 ensureCapacityInternal() 方法
可以看到 add 方法 首先调用了 ensureCapacityInternal(size + 1)
//得到最小扩容量privatevoidensureCapacityInternal(intminCapacity){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 要 add 进第1个元素时，minCapacity为1，在Math.max()方法比较后，minCapacity 为10。
3. ensureExplicitCapacity() 方法
如果调用 ensureCapacityInternal() 方法就一定会进过（执行）这个方法，下面我们来研究一下这个方法的源码！
//判断是否需要扩容privatevoidensureExplicitCapacity(intminCapacity){ modCount++;// overflow-conscious codeif(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); }
我们来仔细分析一下：
当我们要 add 进第1个元素到 ArrayList 时，elementData.length 为0 （因为还是一个空的 list），因为执行了 ensureCapacityInternal() 方法 ，所以 minCapacity 此时为10。此时， minCapacity - elementData.length > 0 成立，所以会进入 grow(minCapacity) 方法。
当add第2个元素时，minCapacity 为2，此时e lementData.length(容量)在添加第一个元素后扩容成 10 了。此时， minCapacity - elementData.length > 0 不成立，所以不会进入 （执行） 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。进入grow方法进行扩容。
4. grow() 方法
/**
* 要分配的最大数组大小
*/privatestaticfinalintMAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE -8;/**
* ArrayList扩容的核心方法。
*/privatevoidgrow(intminCapacity){// oldCapacity为旧容量，newCapacity为新容量intoldCapacity = 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，intnewCapacity = 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),所以 ArrayList 每次扩容之后容量都会变为原来的 1.5 倍！记清楚了！不是网上很多人说的 1.5 倍+1！
">>"（移位运算符）：>>1 右移一位相当于除2，右移n位相当于除以 2 的 n 次方。这里 oldCapacity 明显右移了1位所以相当于oldCapacity /2。对于大数据的2进制运算,位移运算符比那些普通运算符的运算要快很多,因为程序仅仅移动一下而已,不去计算,这样提高了效率,节省了资源
我们再来通过例子探究一下 grow() 方法 ：
hugeCapacity
这里补充一点比较重要，但是容易被忽视掉的知识点：
java 中的 length 属性是针对数组说的,比如说你声明了一个数组,想知道这个数组的长度则用到了 length 这个属性.
java 中的 length() 方法是针对字符串说的,如果想看这个字符串的长度则用到 length() 这个方法.
java 中的 size() 方法是针对泛型集合说的,如果想看这个泛型有多少个元素,就调用此方法来查看!
5. hugeCapacity() 方法。
从上面 grow() 方法源码我们知道： 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 。
privatestaticinthugeCapacity(intminCapacity){if(minCapacity <0)// overflowthrownewOutOfMemoryError();//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; }
三 System.arraycopy() 和 Arrays.copyOf() 方法
阅读源码的话，我们就会发现 ArrayList 中大量调用了这两个方法。比如：我们上面讲的扩容操作以及 add(int index, E element) 、 toArray() 等方法中都用到了该方法！
3.1 System.arraycopy() 方法
/**
* 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。
*/publicvoidadd(intindex, 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++; }
我们写一个简单的方法测试以下：
publicclassArraycopyTest{publicstaticvoidmain(String[] args){// TODO Auto-generated method stubint[] a =newint[10]; a[0] =0; a[1] =1; a[2] =2; a[3] =3; System.arraycopy(a,2, a,3,3); a[2]=99;for(inti =0; i < a.length; i++) { System.out.println(a[i]); } }}
结果：
3.2 Arrays.copyOf() 方法
/**
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。
*/publicObject[]toArray() {//elementData：要复制的数组；size：要复制的长度returnArrays.copyOf(elementData, size); }
个人觉得使用 Arrays.copyOf() 方法主要是为了给原有数组扩容，测试代码如下：
publicclassArrayscopyOfTest{publicstaticvoidmain(String[] args){int[] a =newint[3]; a[0] =0; a[1] =1; a[2] =2;int[] b = Arrays.copyOf(a,10); System.out.println("b.length"+b.length); }}
结果：
3.3 两者联系和区别
联系：
看两者源代码可以发现 copyOf() 内部实际调用了 System.arraycopy() 方法
区别：
arraycopy() 需要目标数组，将原数组拷贝到你自己定义的数组里或者原数组，而且可以选择拷贝的起点和长度以及放入新数组中的位置 copyOf() 是系统自动在内部新建一个数组，并返回该数组。
四 ensureCapacity 方法
ArrayList 源码中有一个 ensureCapacity 方法不知道大家注意到没有，这个方法 ArrayList 内部没有被调用过，所以很显然是提供给用户调用的，那么这个方法有什么作用呢？
/**
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
*/publicvoidensureCapacity(intminCapacity){intminExpand = (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); } }
最好在 add 大量元素之前用 ensureCapacity 方法，以减少增量从新分配的次数
我们通过下面的代码实际测试以下这个方法的效果：
publicclassEnsureCapacityTest {publicstaticvoidmain(String[] args){ ArrayListlist=newArrayList(); finalintN =10000000;longstartTime = System.currentTimeMillis();for(inti =0; i < N; i++) {list.add(i); }longendTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("使用ensureCapacity方法前："+(endTime - startTime));list=newArrayList();longstartTime1 = System.currentTimeMillis();list.ensureCapacity(N);for(inti =0; i < N; i++) {list.add(i); }longendTime1 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("使用ensureCapacity方法后："+(endTime1 - startTime1)); }}
运行结果：
使用ensureCapacity方法前：4637
使用ensureCapacity方法前：241
通过运行结果，我们可以很明显的看出向 ArrayList 添加大量元素之前最好先使用 ensureCapacity 方法，以减少增量从新分配的次数
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