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
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* 共享空实例
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* 默认构造函数，使用DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA即{}进行初始化
*/
public ArrayList() {
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）
*/
public ArrayList(int initialCapacity) {
//初始容量大于0
if (initialCapacity > 0) {
//创建initialCapacity大小的数组
this.elementData = new Object[initialCapacity];
//初始容量等于0
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
//初始容量小于0
} else {
throw new IllegalArgumentException("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。
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[]
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
二、从add为入口出发查看扩容机制
2.1 add 方法
/**
* 将指定的元素追加到此列表的末尾。
*/
public boolean add(E e) {
//添加元素之前，先调用ensureCapacityInternal方法
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//从这里可以看出ArrayList实际采用Object[]存储、操作元素
elementData[size++] = e;
return true;
}
2.2 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
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
//如果该实例采用默认无参构造方法创立，且为第一次添加元素
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
// 获取默认的容量和传入参数的较大值作为minCapcity
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
如果该实例采用默认无参构造方法创立，且为第一次添加元素，此时传入minCapacity为size+1=1，在Math.max()方法比较后，minCapacity 为10。
2.3 ensureExplicitCapacity() 方法
如果调用 ensureCapacityInternal() 方法就一定会执行这个方法，下面我们来研究一下这个方法的源码！
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
//此处是fail-fast机制的保证，挺重要的，由于篇幅原因，想了解可以自行查看资料
modCount++;
//判断是否需要扩容，如果需要的最小容量<length则开始扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
//调用grow方法进行扩容
grow(minCapacity);
}
举个例子分析一下：
- 当我们采用默认构造方法创造实例后，添加第一个元素时，minCapcity为10，
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size+1=11)比elementData.length（为10）要大。进入grow方法进行扩容。
2.4 grow() 方法
/**
* 要分配的最大数组大小
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
/**
* ArrayList扩容的核心方法。
*/
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = 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，
int newCapacity = 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,调用 `hugeCapacity()` 方法来
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 将源数组复制到newCapcity大小的新数组上
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！（JDK1.6版本以后） JDk1.6版本时，扩容之后容量为 1.5 倍+1！详情请参考源码
我们再来通过例子探究一下grow() 方法 ：
- 当add第1个元素时，oldCapacity 为0，经比较后第一个if判断成立，newCapacity = minCapacity(为10)。但是第二个if判断不会成立，即newCapacity 不比 MAX_ARRAY_SIZE大，则不会进入
hugeCapacity方法。此时数组将变为容量为10的新数组. - 当add第11个元素进入grow方法时，newCapacity为15，比minCapacity（为11）大，第一个if判断不成立。新容量没有大于数组最大size，不会进入hugeCapacity方法。数组将移动到容量为15的新数组上。
2.5 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。
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
//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。
*/
public void add(int index, E element) {
//检查index，是否在[0,size],如果不在则抛出异常
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1);
//将elementData从index开始到size的数据移动到后面，将空出的index位置放置element
//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模拟一下指定位置插入这个过程：
public class ArraycopyTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
int[] a = new int[10];
a[0] = 0;
a[1] = 1;
a[2] = 2;
a[3] = 3;
//将a[]从a[2]开始2个元素挪动至a[3]，即将a[2]-a[3]挪至a[3]-a[4]
System.arraycopy(a, 2, a, 3, 2);
//将插入位置的元素变为插入值
a[2]=99;
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
System.out.println(a[i]);
}
}
}
结果：
0 1 99 2 3 0 0 0 0 0
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。
*/
public Object[] toArray() {
//elementData：要复制的数组；size：要复制的长度
return Arrays.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，该方法将数组数据挪至指定长度的新数组中，测试代码如下：
public class ArrayscopyOfTest {
public static void main(String[] args) {
int[] a = new int[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：
10
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
*/
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)?
//如果不是默认空数组，则将下限设为0
0
//如果ArrayList是通过无参构造且尚未添加元素的实例，则
: DEFAULT_CAPACITY;
//也就是说该方法只有一个特例，就是当该实例是通过无参构造且尚未添加元素时，此时扩容应该至少扩张为
//DEFAULT_CAPACITY，否则不予处理，在第一次add时扩容为DEFAULT_CAPACITY（回顾之前的解释）。
//其他情况下，只要大于0就开始扩容程序。
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
最好在 add 大量元素之前用 ensureCapacity 方法，以减少增量重新分配的次数，因为每次扩容都是创建一个新的对象数组，然后将元素挪至新数组中。相当耗费空间和时间。
我们通过下面的代码实际测试以下这个方法的效果：
public class EnsureCapacityTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Object> list = new ArrayList<Object>();
final int N = 10000000;
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < N; i++) {
list.add(i);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("使用ensureCapacity方法前："+(endTime - startTime));
list = new ArrayList<Object>();
long startTime1 = System.currentTimeMillis();
list.ensureCapacity(N);
for (int i = 0; i < N; i++) {
list.add(i);
}
long endTime1 = System.currentTimeMillis();
System.out.println("使用ensureCapacity方法后："+(endTime1 - startTime1));
}
}
运行结果：
使用ensureCapacity方法前时间为：4637ms
使用ensureCapacity方法后为：241ms
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，在实例化时，尽量指定可能的初始值。值得注意的是调用ensureCapacity 方法时，需要传入参数大于elementData.length，才有效果（ensureExplicitCapacity()方法中当判断minCapacity>length时，才进行grow操作），具体扩容为多大可参照上面的ensureExplicitCapacity()方法源码分析（一次源码阅读的练习，相当的重要）。
