19. ArrayList的扩容机制是怎样的？如何优化ArrayList的性能？

PangHu大约 3 分钟

ArrayList是基于动态数组实现的，因此其容量是动态调整的。每当ArrayList的容量不足以容纳新的元素时，ArrayList会进行扩容，以确保能够继续添加元素。以下是ArrayList的扩容机制的详细说明：

1. 默认初始容量

当你创建一个ArrayList实例时，如果不指定初始容量，ArrayList的默认初始容量为10。

2. 扩容的触发条件

每当ArrayList的当前元素数量达到容量上限时（即添加新元素时，size等于capacity），ArrayList就会触发扩容机制。

3. 扩容的过程

容量的计算: 当扩容触发时，ArrayList会创建一个新的数组，容量是旧容量的1.5倍（具体来说，新容量 = 旧容量 + 旧容量/2）。
元素的复制: 然后ArrayList将现有数组中的所有元素复制到新的、更大的数组中。
性能开销: 这个扩容操作涉及到创建一个新的数组，并将所有元素从旧数组复制到新数组中，可能会带来性能上的开销，尤其是当数组非常大时。

4. 扩容后的容量

假设ArrayList的当前容量为10，当你向ArrayList添加第11个元素时，ArrayList会扩容，新的容量将是15（10 + 10/2 = 15）。

示例代码

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExpansion {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(10);
        for (int i = 0; i < 12; i++) {
            list.add(i);
        }
        System.out.println("ArrayList size: " + list.size());
    }
}

如何优化`ArrayList`的性能？

为了提高ArrayList的性能，特别是在处理大量数据时，可以考虑以下优化策略：

1. 指定初始容量

如果你知道ArrayList将要存储的元素数量，建议在创建ArrayList实例时指定一个合适的初始容量。这可以避免频繁的扩容操作，减少不必要的内存复制开销。

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(1000); // 预估需要存储1000个元素

2. 避免频繁的增删操作

ArrayList在中间插入或删除元素时，需要移动其他元素，导致性能下降。如果需要频繁插入或删除元素，考虑使用LinkedList或其他更适合的集合。

3. 使用`trimToSize()`方法

如果你在填充完ArrayList后不再需要添加更多元素，可以调用trimToSize()方法，将ArrayList的容量调整为当前元素数量，以节省内存。

list.trimToSize(); // 调整容量为当前元素数量

4. 减少内存浪费

如果ArrayList中的元素数量可能会大幅减少，可以考虑在删除大量元素后调用trimToSize()来释放多余的内存。

5. 考虑替代数据结构

如果你的应用场景涉及大量的随机插入、删除操作，或者对线程安全有要求，可能需要考虑使用LinkedList、CopyOnWriteArrayList或ConcurrentLinkedQueue等其他集合类。

总结

ArrayList的扩容机制: 当容量不足时，ArrayList会创建一个新数组，容量为原来的1.5倍，并将旧数组中的元素复制到新数组中。
性能优化:
- 通过指定初始容量来减少扩容次数。
- 避免频繁的增删操作。
- 使用trimToSize()方法来释放不必要的内存。
- 根据具体应用场景，选择适合的集合类型。

这些优化策略可以帮助你在使用ArrayList时获得更好的性能，尤其是在处理大规模数据时。