Java ArrayList底层源码解析：动态扩容与缩容机制

1. 底层数据结构

ArrayList底层通过Object[] elementData数组存储元素，初始容量默认为10（JDK8）。关键字段：

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private transient Object[] elementData;
private int size; // 实际元素数量

2. 动态扩容机制

当添加元素超出当前容量时触发扩容（如add()方法）：

• 扩容公式：新容量 = 旧容量 + 旧容量/2
  即：$newCapacity = oldCapacity + \left\lfloor \frac{oldCapacity}{2} \right\rfloor$
• 源码逻辑（简化自grow()方法）：

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 右移1位等价于除以2
    if (newCapacity < minCapacity) {
        newCapacity = minCapacity; // 处理首次扩容等特殊情况
    }
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); // 复制到新数组
}

示例：
初始容量10 → 添加第11个元素时：
$newCapacity = 10 + \left\lfloor \frac{10}{2} \right\rfloor = 15$

3. 缩容机制

ArrayList不会自动缩容，但提供手动缩容方法：

• trimToSize()方法：将容量调整为当前元素数量

public void trimToSize() {
    if (size < elementData.length) {
        elementData = (size == 0) 
            ? EMPTY_ELEMENTDATA 
            : Arrays.copyOf(elementData, size); // 复制到更小数组
    }
}

应用场景：
当elementData远大于size时（如删除大量元素后），调用此方法可释放内存。

4. 关键特性总结

5. 设计意图

• 空间换时间：1.5倍扩容平衡了内存占用与减少复制次数的需求
• 避免频繁缩容：手动缩容设计防止在删除-添加交替操作时反复复制数组

最佳实践：
若提前预知数据量，应通过ArrayList(int initialCapacity)指定初始容量，避免多次扩容开销。