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每个ArrayList实例都有一个容量，该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。它总是至少等于列表的大小。随着向ArrayList中不断添加元素，其容量也自动增长。自动增长会带来数据向新数组的重新拷贝，因此，如果可预知数据量的多少，可在构造ArrayList时指定其容量。在添加大量元素前，应用程序也可以使用ensureCapacity操作来增加ArrayList实例的容量，这可以减少递增式再分配的数量。
注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个ArrayList实例，而其中至少一个线程从结构上修改了列表，那么它必须保持外部同步。这通常是通过同步那些用来封装列表的对象来实现的。但如果没有这样的对象存在，则该列表需要运用{@link Collections#synchronizedList Collections.synchronizedList}来进行“包装”，该方法最好是在创建列表对象时完成，为了避免对列表进行突发的非同步操作。
下面我们讨论下ArrayList初始默认容量的问题。
有文章说ArrayList默认构造的容量为10，没错。 因为ArrayList的底层是由一个Object[]数组构成的，而这个Object[]数组，默认的长度是10，所以有的文章会说ArrayList长度容量为10。
然而你所指的size()方法，指的是“逻辑”长度。
所谓“逻辑”长度，是指内存已存在的“实际元素的长度” 而“空元素不被计算”
即：当你利用add()方法，向ArrayList内添加一个“元素”时，逻辑长度就增加1位。 而剩下的9个空元素不被计算。
如下代码：
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); System.out.println("size = " + list.size());
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输出结果如下：
size = 0
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ArrayList默认size()是0.
ArrayList源码解析
JDK版本不一样，ArrayList类的源码也不一样。
- JDK1.8
ArrayList类结构
//通过ArrayList实现的接口可知，其支持随机访问，能被克隆，支持序列化public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{ //序列版本号 private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L; //默认初始容量 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; //被用于空实例的共享空数组实例 private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; //被用于默认大小的空实例的共享数组实例。其与EMPTY_ELEMENTDATA的区别是：当我们向数组中添加第一个元素时，知道数组该扩充多少。 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * Object[]类型的数组，保存了添加到ArrayList中的元素。ArrayList的容量是该Object[]类型数组的长度 * 当第一个元素被添加时，任何空ArrayList中的elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA将会被 * 扩充到DEFAULT_CAPACITY（默认容量）。 */ transient Object[] elementData; //非private是为了方便嵌套类的访问 // ArrayList的大小（指其所含的元素个数） private int size; ...... }
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ArrayList包含了两个重要的对象：elementData 和 size。
elementData 是”Object[] 类型的数组”，它保存了添加到ArrayList中的元素。实际上，elementData是个动态数组，我们能通过构造函数 ArrayList(int initialCapacity)来执行它的初始容量为initialCapacity；如果通过不含参数的构造函数ArrayList()来创建 ArrayList，则elementData的容量默认是10。elementData数组的大小会根据ArrayList容量的增长而动态的增长，具 体的增长方式，请参考源码分析中的ensureCapacity()函数。
size 则是动态数组的实际大小。
构造函数
ArrayList提供了三种方式的构造器，可以构造一个默认初始容量为10的空列表、构造一个指定初始容量的空列表以及构造一个包含指定collection的元素的列表，这些元素按照该collection的迭代器返回的顺序排列的。
/** * 构造一个指定初始容量的空列表 * @param initialCapacity ArrayList的初始容量 * @throws IllegalArgumentException 如果给定的初始容量为负值 */ public ArrayList(int initialCapacity) { if (initialCapacity > 0) { this.elementData = new Object[initialCapacity]; } else if (initialCapacity == 0) { this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } else { throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); } } // 构造一个默认初始容量为10的空列表 public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; } /** * 构造一个包含指定collection的元素的列表，这些元素按照该collection的迭代器返回的顺序排列的 * @param c 包含用于去构造ArrayList的元素的collection * @throws NullPointerException 如果指定的collection为空 */ public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); if ((size = elementData.length) != 0) { // c.toArray()可能不会正确地返回一个 Object[]数组，那么使用Arrays.copyOf()方法 if (elementData.getClass() != Object[].class) //Arrays.copyOf()返回一个 Object[].class类型的，大小为size，元素为elementData[0,...,size-1] elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else { // replace with empty array. this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } }
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ArrayList构造一个默认初始容量为10的空列表：
初始情况：elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}； size = 0;
当向数组中添加第一个元素时，通过add(E e)方法中调用的ensureCapacityInternal(size + 1)方法，即ensureCapacityInternal(1)；
在ensureCapacityInternal(int minCapacity)方法中，可得的minCapacity=DEFAULT_CAPACITY=10，然后再调用ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法，即ensureExplicitCapacity(10)；
在ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法中调用grow(minCapacity)方法，即grow(10)，此处为真正具体的数组扩容的算法，在此方法中，通过elementData = Arrays.copyOf(elementData, 10)具体实现了elementData数组初始容量为10的构造。
调整数组的容量
从add()与addAll()方法中可以看出，每当向数组中添加元素时，都要去检查添加元素后的个数是否会超出当前数组的长度，如果超出，数组将会进行扩容，以满足添加数据的需求。数组扩容实质上是通过私有的方法ensureCapacityInternal(int minCapacity) -> ensureExplicitCapacity(int minCapacity) -> grow(int minCapacity)来实现的，但在jdk1.8中，向用户提供了一个public的方法ensureCapacity(int minCapacity)使用户可以手动的设置ArrayList实例的容量，以减少递增式再分配的数量。此处与jdk1.6中直接通过一个公开的方法ensureCapacity(int minCapacity)来实现数组容量的调整有区别。
/** * public方法，让用户能手动设置ArrayList的容量 * @param minCapacity 期望的最小容量 */ public void ensureCapacity(int minCapacity) { int minExpand = (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); } } private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { //当elementData为空时，ArrayList的初始容量最小为DEFAULT_CAPACITY（10） if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } //数组可被分配的最大容量；当需要的数组尺寸超过VM的限制时，可能导致OutOfMemoryError private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; /** * 增加数组的容量，确保它至少能容纳指定的最小容量的元素量 * @param minCapacity 期望的最小容量 */ private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; //注意此处扩充capacity的方式是将其向右一位再加上原来的数，实际上是扩充了1.5倍 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); //设置数组可被分配的最大容量 // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }
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附：jdk1.6中ensureCapacity(int minCapacity)方法：
// 确定ArrarList的容量。// 若ArrayList的容量不足以容纳当前的全部元素，设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1” public void ensureCapacity(int minCapacity) { modCount++; // 将“修改统计数”+1 int oldCapacity = elementData.length; if (minCapacity > oldCapacity) { Object oldData[] = elementData; int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; if (newCapacity < minCapacity) newCapacity = minCapacity; elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } }
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为什么ArrayList自动容量扩充选择扩充1.5倍？
这种算法构造出来的新的数组长度的增量都会比上一次大( 而且是越来越大) ，即认为客户需要增加的数据很多，而避免频繁newInstance 的情况。
ArrayList实现原理以及其在jdk1.6和jdk1.7的实现区别
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
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可以看到ArrayLis < E>是支持泛型的，所以ArrayList可以构造成任何类型的动态数组。
同时它也继承了AbstractList抽象类，抽象类实现了很多默认的方法，但是还有一些方法还是抽象方法。
实现了通用的List列表接口，这里面定义了List列表的基础方法。
同时实现了RandomAccess，Cloneable，Serializable接口，这三个接口都是空接口，里面没有任何方法声明。
RandomAccess是一个标记接口，其主要就是提供给List接口用的，用来表明其支持快速随机访问。因为这个接口是没有任何实现的，实现了这个接口的类，就表明这个类支持快速访问，就相当于实现了Serializable就等于支持序列化和反序列化，这是个标准。
Cloneable接口，表明这个是可以进行浅拷贝的，是可以调用Object.clone()返回该对象的浅拷贝。
什么是浅拷贝呢？
举个例子：
假设x是一个飞空对象，应该有：
(x.clone()!=x )==true,也就是说它们不是同一个对象。
(x.clone().getClass()==x.getClass())==true,也就是它们是同一个类型的class，
(x.equals(x.clone()))==true,也就是，逻辑上和内容上，它们应该是相同的。
实现了Cloneable的类应该要满足上面的几个情况。Serializable接口是我们经常遇到的接口，表明该类支持序列化和反序列化操作。
所以ArrayList继承这三个没有任何方法定义的接口只是为了表明这个类是支持随机快速访问的，可以支持浅拷贝的，可以被序列化和反序列化的。
都说ArrayList是动态数组，那么它里面存储数据的数据结构是什么呢？
private transient Object[] elementData;
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上面这个对象数组就是其存储元素的数据结构，前面有一个java关键字transient，这个关键字是去序列化的意思，即，在这个类序列化后保存到磁盘或者输出到输出流的时候，这个对象数组是不被保存或者输出的。
这里又有疑问了，这个数组不是存储我们保存的数据的吗？为什么要去序列化呢？那么如果去掉序列化之后，我们保存的元素从哪里来呢？
这就跟这个ArrayList的特性有关，我们知道ArrayList的容量，也就是这个数组的容量，一般都是预留一些容量，等到容量不够时再拓展，那么就会出现容量还有冗余的情况，如果这时候进行序列化，整个数组都会被序列化，连后面没有意义空元素的也被序列化。这些是不应该被存储的。所以java的设计者，就为这个类提供了一个writeObject方法，在实现了Serializable接口的类，如果这个类提供了writeObject方法，那么在进行序列化的时候就会通过writeObject方法进行序列化，所以ArrayList的writeObject方法就会显式的为每个实际的数组元素进行序列化，只序列化有用的元素。
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{ // Write out element count, and any hidden stuff int expectedModCount = modCount; s.defaultWriteObject(); // Write out array length s.writeInt(elementData.length); // Write out all elements in the proper order. for (int i=0; i<size; i++) s.writeObject(elementData[i]); if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } }
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如果想了解更多有关java序列化的知识，请擢：http://zhh9106.iteye.com/blog/2152397
ArrayList的构造方法：
/** * Constructs an empty list with the specified initial capacity. * * @param initialCapacity the initial capacity of the list * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity * is negative */ 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); } /** * Constructs a list containing the elements of the specified * collection, in the order they are returned by the collection's * iterator. * * @param c the collection whose elements are to be placed into this list * @throws NullPointerException if the specified collection is null */ public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); size = elementData.length; // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); }
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ArrayList提供了三个构造方法，第一个是由调用者传入指定List的大小来创建elementData数组。第二个是默认的构造方法，默认数组容量是10。第三个是根据传入的一个集合，将集合转化成数组，然后赋给elementData。
下面看一些ArrayList里面需要注意的方法。
clone()
/** * Returns a shallow copy of this <tt>ArrayList</tt> instance. (The * elements themselves are not copied.) * * @return a clone of this <tt>ArrayList</tt> instance */ public Object clone() { try { @SuppressWarnings("unchecked") ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone(); v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); v.modCount = 0; return v; } catch (CloneNotSupportedException e) { // this shouldn't happen, since we are Cloneable throw new InternalError(); } }
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上面提到，ArrayList实现了Cloneable接口，支持返回浅拷贝，这里是重写了Object类的clone方法，返回的是一个副本（对象实例不同，内容相同，因为对象实例都不同，所以modCount也设为0）
remove(int index)
/** * Removes the element at the specified position in this list. * Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their * indices). * * @param index the index of the element to be removed * @return the element that was removed from the list * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} */ public E remove(int index) { rangeCheck(index); modCount++; E oldValue = elementData(index); int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // Let gc do its work return oldValue; }
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根据传入的index，然后利用System.arraycopy()方法将index后面的元素从index位置开始进行覆盖，这里需要注意的是，index+1到size位置的元素，覆盖掉index到size位置的元素，所以最后的两个元素肯定相同，即重复了，所以最后一步会有elementData[–size] = null;将最后一个元素置为null。最后返回删除元素的值。
remove(Object o)与fastRemove(int index),这两个方法时一起使用的
/** * Removes the first occurrence of the specified element from this list, * if it is present. If the list does not contain the element, it is * unchanged. More formally, removes the element with the lowest index * <tt>i</tt> such that * <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt> * (if such an element exists). Returns <tt>true</tt> if this list * contained the specified element (or equivalently, if this list * changed as a result of the call). * * @param o element to be removed from this list, if present * @return <tt>true</tt> if this list contained the specified element */ public boolean remove(Object o) { if (o == null) { for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index] == null) { fastRemove(index); return true; } } else { for (int index = 0; index < size; index++) if (o.equals(elementData[index])) { fastRemove(index); return true; } } return false; } /* * Private remove method that skips bounds checking and does not * return the value removed. */ private void fastRemove(int index) { modCount++; int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // Let gc do its work }
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这个是根据传入的元素来移除，首先找到要删除元素的位置，然后调用fastRemove()方法进行移除，这里大家会有疑问，既然找到index，为什么不用上门那个移除方法处理呢？非要写个fastRemove()，看代码就知道，fastRemove跳过了index越界处理，并且不用返回要删除的元素值。
clear()
/** * Removes all of the elements from this list. The list will * be empty after this call returns. */ public void clear() { modCount++; // Let gc do its work for (int i = 0; i < size; i++) elementData[i] = null; size = 0; }
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clear方法并不是把整个数组都删除，因为毕竟已经申请了内存，这样删了，很可惜，因为可能以后还用得着，这就免去了再次去申请内存的麻烦。这里的clear只是把每个元素的都置为null，并把size设为0.
add(int index, E element)
/** * Inserts the specified element at the specified position in this * list. Shifts the element currently at that position (if any) and * any subsequent elements to the right (adds one to their indices). * * @param index index at which the specified element is to be inserted * @param element element to be inserted * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} */ public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; }
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根据指定位置，插入指定元素，先进行越界检查，再进行容量检查，然后将从index开始的元素到最后的元素，从index+1位置开始往后复制，然后将指定元素插入到index位置，然后将容量size增加1。
addAll(Collection< ? extends E> c)
/** * Appends all of the elements in the specified collection to the end of * this list, in the order that they are returned by the * specified collection's Iterator. The behavior of this operation is * undefined if the specified collection is modified while the operation * is in progress. (This implies that the behavior of this call is * undefined if the specified collection is this list, and this * list is nonempty.) * * @param c collection containing elements to be added to this list * @return <tt>true</tt> if this list changed as a result of the call * @throws NullPointerException if the specified collection is null */ public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew); size += numNew; return numNew != 0; }
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在数组后面插入一个指定集合里面的所有元素，首先将集合转化为数组，然后进行容量检查，将目标数组元素拷贝到elementData上。这里有一点需要注意，如果传入的集合为null，那么结果会返回FALSE。
addAll(int index, Collection< ? extends E> c)
/** * Inserts all of the elements in the specified collection into this * list, starting at the specified position. Shifts the element * currently at that position (if any) and any subsequent elements to * the right (increases their indices). The new elements will appear * in the list in the order that they are returned by the * specified collection's iterator. * * @param index index at which to insert the first element from the * specified collection * @param c collection containing elements to be added to this list * @return <tt>true</tt> if this list changed as a result of the call * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} * @throws NullPointerException if the specified collection is null */ public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { rangeCheckForAdd(index); Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount int numMoved = size - index; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved); System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew); size += numNew; return numNew != 0; }
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将集合元素根据指定的位置开始插入，这个方法跟上面方法的区别是，要插入到指定位置，那么从源码可以看到，首先其会从原数组index开始到最后的元素，从index+numNew开始往后复制，目的是空出numNew个位置来存储目标集合的元素。然后再讲目标数组从index位置开始依次插入到原数组。
从上面的插入的几个方法会发现一个共同点，就是每次插入前都会进行容量检查，检查是否超出了容量，如果超出了，则进行扩容。那看看，它是如果进行扩容的？而这里也是jdk1.6和jdk1.7的实现区别。
ensureCapacityInternal(int minCapacity)
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); }
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根据传入的最小需要容量minCapacity来和数组的容量长度对比，若minCapactity大于或等于数组容量，则需要进行扩容，调用grow()
grow()
/** * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the * number of elements specified by the minimum capacity argument. * * @param minCapacity the desired minimum capacity */ private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; 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); }
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首先得到数组的旧容量，然后进行oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，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，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，接着，再检查新容量是否超出了ArrayList所定义的最大容量，若超出了，则调用hugeCapacity()来比较minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE，如果minCapacity大于最大容量，则新容量则为ArrayList定义的最大容量，否则，新容量大小则为minCapacity。还有一点需要注意的是，容量拓展，是创建一个新的数组，然后将旧数组上的数组copy到新数组，这是一个很大的消耗，所以在我们使用ArrayList时，最好能预计数据的大小，在第一次创建时就申请够内存。
下面附上hugeCapacity()代码：
private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }
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以上介绍了ArrayList几个需要注意的方法源码实现原理，上面我们提到jdk1.6和jdk1.7在ArrayList上的实现区别就在于数组的容量扩展，以上代码都是jdk1.7的，下面来看看jdk1.6的容量扩展的实现：
/** * Increases the capacity of this <tt>ArrayList</tt> instance, if * necessary, to ensure that it can hold at least the number of elements * specified by the minimum capacity argument. * * @param minCapacity the desired minimum capacity */ public void ensureCapacity(int minCapacity) { modCount++; int oldCapacity = elementData.length; if (minCapacity > oldCapacity) { Object oldData[] = elementData; int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; if (newCapacity < minCapacity) newCapacity = minCapacity; // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } }
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从代码上，我们可以看出区别：
第一：在容量进行扩展的时候，其实例如整除运算将容量扩展为原来的1.5倍加1，而jdk1.7是利用位运算，从效率上，jdk1.7就要快于jdk1.6。
第二：在算出newCapacity时，其没有和ArrayList所定义的MAX_ARRAY_SIZE作比较，为什么没有进行比较呢，原因是jdk1.6没有定义这个MAX_ARRAY_SIZE最大容量，也就是说，其没有最大容量限制的，但是jdk1.7做了一个改进，进行了容量限制。
参考：
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