在Java中，数组一旦创建，长度就是固定的。如果你尝试添加超过数组长度的元素，就会抛出“数组索引越界”异常。而ArrayList作为动态数组，完美解决了这个问题——它能根据元素数量自动扩容，不需要手动处理数组长度。下面我们一步步揭开ArrayList自动扩容的神秘面纱。
为什么需要数组扩容？¶
想象你有一个固定大小的盒子，最多只能装5个苹果。当你想装第6个苹果时，盒子就“满了”，这时候你要么换个更大的盒子，要么把苹果扔掉。在Java中，普通数组就像这个“固定盒子”，而ArrayList则像一个会“自动换更大盒子”的智能容器。
ArrayList是什么？¶
ArrayList是Java集合框架中的一个动态数组，它内部维护了一个数组（elementData）和一个变量（size，记录当前元素个数）。当你添加元素时，ArrayList会自动检查数组是否已满，如果满了就扩容，让你可以继续添加。
ArrayList如何自动扩容？¶
ArrayList的扩容核心是两个步骤：触发条件和扩容过程。
1. 触发条件：数组已满¶
当调用add()方法添加元素时，ArrayList会先检查当前元素数量（size）是否等于数组长度（elementData.length）。如果相等，说明数组已满，需要扩容。
2. 扩容过程：换一个更大的盒子¶
扩容时，ArrayList会执行以下操作：
- 计算最小容量：需要的最小容量是当前元素数量+1（比如已有10个元素，再添加1个，需要至少11个位置）。
- 计算新容量：
- 如果是第一次扩容（默认构造ArrayList()），新容量直接设为10（JDK默认初始容量）。
- 其他情况，新容量是原容量的1.5倍（例如原容量10，扩容后15；原容量15，扩容后22）。
- 复制元素：将原数组的元素复制到新容量的数组中，然后继续使用新数组。
举个例子：模拟扩容过程¶
我们用一个简单的例子模拟ArrayList的扩容：
场景：创建一个无参构造的ArrayList，逐步添加元素，观察容量变化。
- 初始状态：
elementData数组长度为0（空数组），size=0。 - 添加第1个元素：
-size=0，数组已满（elementData.length=0），触发扩容。
- 首次扩容，新容量=10（默认容量）。
- 数组变为长度10，size=1。 - 添加第11个元素：
-size=10，数组已满（elementData.length=10），触发扩容。
- 原容量=10，新容量=10 + 10/2 = 15（1.5倍）。
- 数组变为长度15，size=11。 - 添加第16个元素：
-size=15，数组已满（elementData.length=15），触发扩容。
- 原容量=15，新容量=15 + 15/2 = 22（1.5倍）。
- 数组变为长度22，size=16。
规律：每次扩容后容量约为原来的1.5倍，首次扩容到10，后续每次增加1.5倍。
为什么扩容因子是1.5倍？¶
1.5倍是一个平衡选择：
- 太小：每次扩容太少（如1.1倍），会频繁扩容，复制数组的次数增多，性能下降。
- 太大：每次扩容太多（如2倍），会浪费内存（空出大量未使用的空间）。
- 1.5倍：既能减少扩容次数，又能避免内存浪费，是JDK经过优化后的结果。
理解扩容原理的好处¶
- 避免数组越界：知道ArrayList会自动扩容，就不用担心添加元素时数组长度不够。
- 优化性能：如果能预估元素数量，创建时指定初始容量（如
new ArrayList(100)），可以减少扩容次数，提升效率。 - 掌握底层逻辑：理解扩容原理后，能更清晰地使用ArrayList进行开发，写出更健壮的代码。
总结¶
ArrayList的自动扩容原理本质是动态数组：当数组容量不足时，创建一个新的、容量更大的数组，将原元素复制到新数组中，从而实现“自动变长”。扩容因子约为1.5倍，首次扩容到10（默认构造）。掌握这一原理，能让你在使用ArrayList时更得心应手，避免常见问题。
记住：ArrayList不是无限大的，它的扩容需要消耗资源（复制数组），所以如果能提前预估元素数量，设置初始容量会更高效哦！