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

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）。
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。
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。
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。
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

原容量	操作	新容量	计算逻辑
0（初始）	首次添加元素	10	默认初始容量
10	添加第 11 个元素	15	10 + (10 >> 1) = 15
15	添加第 16 个元素	22	15 + 7 = 22（15 >> 1 = 7）
10	批量添加 20 个元素	30	原容量 10+10=20 < 30 → 直接扩容至 30

五、性能优化建议

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);

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));
```
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
```