图解Arraylist内存分配，以及底层实现，扩容性能分析

最新推荐文章于 2025-04-02 08:30:00 发布

flowciyu

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分类专栏：性能优化 Java 源码阅读文章标签： ArrayList 底层实现内存分配源码性能

本文链接：https://blog.csdn.net/javaoverflow/article/details/8952421

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本文详细解析了ArrayList的内存分配及初始化过程，并通过图解展示了其底层实现原理。重点介绍了ArrayList如何通过调整容量来适应数据的增长，包括扩容的触发条件、扩容后的数组长度计算以及扩容操作的具体步骤。

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图解Arraylist内存分配，以及底层实现，扩容性能分析

1：集合内存分配以及初始化过程图解

2：源码解读ArrayList内部实现（数组结构）

构造ArrayList的时候，默认初始化容量为10，保存容器为 Object[] elementData。
向集合添加元素的时候，调用add方法，比如list.add("a");
add方法做的操作是：elementData[size++] = e; 然后元素就被存放进了elementData。
初始化容量为10，当我们存第十一个元素的时候，会怎么做呢？看ArrayList类的部分源码：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E> {
	private transient Object[] elementData;
	
	public ArrayList(int initialCapacity) {
		super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
		this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }
	//Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
	public ArrayList() {
		this(10);
	}
	public boolean add(E e) {
		ensureCapacity(size + 1);  // 扩充长度
		elementData[size++] = e; // 先赋值，后进行size++。所以是从[0]开始存。
		return true;
	}
	public void ensureCapacity(int minCapacity) {
		modCount++;
		int oldCapacity = elementData.length; // 旧集合长度
		if (minCapacity > oldCapacity) {
			Object oldData[] = elementData; // 旧集合数据
			int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; // 计算新长度，旧长度的1.5倍+1
				if (newCapacity < minCapacity)
					newCapacity = minCapacity;
				// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
				elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); // 这就是传说中的可变集合。用新长度复制原数组。
		}
	}
	public E get(int index) {
		RangeCheck(index);
		return (E) elementData[index];
	}
}

add方法中先调用ensureCapacity方法对原数组长度进行扩充，扩充方式为，通过Arrays类的copyOf方法对原数组进行拷贝，长度为原数组的1.5倍+1。
然后把扩容后的新数组实例对象地址赋值给elementData引用类型变量。扩容完毕。

3：扩容性能简单分析

可以看到，扩容长度是旧长度的1.5倍+1，可以通过下面的程序计算出扩容次数：

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		increse(10, 1000);
	}

	private static int newCapacity; // 新容量
	private static int count; // 扩容次数
	private static int temp;
	
	/**
	 * 计算扩容次数
	 * @param init 集合初始化大小
	 * @param elementDataSize 元素个数
	 */
	public static void increse(int init, int elementDataSize) {
		temp = init;
		while (true) {
			if (newCapacity >= elementDataSize)
				break;
			increse(temp);
		}
	}
	private static void increse(int init) {
		newCapacity = (int) (init * 1.5 + 1); // 计算新容量
		System.out.println("扩容第 [" + ++count + "] 次" + "\t"
										+ "新容量=" + newCapacity);
		temp = newCapacity;
	}
}

经测试，如果要存100万数据，需要扩容28次，数据量越大，扩容次数越多，每一次的扩容代表着创建新数组对象，复制原有数据。

如果数据很大，那么有必要为集合初始化一个默认大小，防止多次扩容，但如果数据增长很慢，那么就会浪费内存了，具体怎么做，还是要看实际应用场景。这里只做初步分析。

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