揭秘 ArrayList 内部运作机制，剖析源码窥探核心原理

2023-09-17 16:26:10

1. 数组底层，动态伸缩，从容应对容量变化

ArrayList 的底层是一个数组，它可以动态地增长或缩小，以适应数据量的变化。当需要添加新元素时，ArrayList 会检查当前数组的容量是否足够，如果不够，它会创建一个更大的数组，并将所有元素复制到新数组中。这个过程称为“扩容”。

2. 扩容机制，保证数据存储，应对数据激增

ArrayList 的扩容机制非常巧妙，它并不是每次添加元素时都创建一个新的数组，而是根据数组的当前大小和容量来决定是否需要扩容。如果当前数组的容量小于或等于一半，则扩容后数组的容量将增加一倍；如果当前数组的容量大于一半，则扩容后数组的容量将增加 50%。这种扩容机制可以避免频繁的数组复制操作，提高 ArrayList 的性能。

3. 遍历便捷，随机访问，让数据触手可及

ArrayList 实现了 List 接口，它支持随机访问，这意味着您可以通过索引直接访问数组中的任何元素。这使得 ArrayList 非常适合需要频繁访问数据的应用程序。

4. 揭开源码面纱，探索 ArrayList 内部实现

为了更好地理解 ArrayList 的工作原理，我们一起来探索它的源码。ArrayList 的源码位于 java.util 包中，您可以通过以下代码查看它的源代码：

import java.util.ArrayList;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 ArrayList
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();

        // 添加元素
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);

        // 获取元素
        System.out.println(list.get(0)); // 输出 1

        // 移除元素
        list.remove(1);

        // 遍历元素
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.println(list.get(i));
        }
    }
}

这段代码创建了一个 ArrayList 并添加了三个元素。然后，它获取第一个元素，移除第二个元素，并遍历数组输出所有元素。

通过阅读源码，我们可以看到 ArrayList 的内部实现非常复杂，它包含了许多私有方法和字段。这些方法和字段共同协作，实现了 ArrayList 的各种功能。

5. 揭开扩容机制奥秘，解析数组增长过程

为了更好地理解 ArrayList 的扩容机制，我们来看一下它的扩容方法：

private void grow(int minCapacity) {
    // 计算新的容量
    int newCapacity = (oldCapacity < 64)
            ? (oldCapacity + 1) * 2
            : (oldCapacity + oldCapacity >>> 1);

    // 创建一个新的数组
    Object[] newArray = new Object[newCapacity];

    // 将元素复制到新数组
    System.arraycopy(elementData, 0, newArray, 0, oldCapacity);

    // 将新数组赋值给 ArrayList
    elementData = newArray;

    // 更新容量
    modCount++;
}