在Java中，數組一旦創建，長度就是固定的。如果你嘗試添加超過數組長度的元素，就會拋出“數組索引越界”異常。而ArrayList作爲動態數組，完美解決了這個問題——它能根據元素數量自動擴容，不需要手動處理數組長度。下面我們一步步揭開ArrayList自動擴容的神祕面紗。
爲什麼需要數組擴容？¶
想象你有一個固定大小的盒子，最多隻能裝5個蘋果。當你想裝第6個蘋果時，盒子就“滿了”，這時候你要麼換個更大的盒子，要麼把蘋果扔掉。在Java中，普通數組就像這個“固定盒子”，而ArrayList則像一個會“自動換更大盒子”的智能容器。
ArrayList是什麼？¶
ArrayList是Java集合框架中的一個動態數組，它內部維護了一個數組（elementData）和一個變量（size，記錄當前元素個數）。當你添加元素時，ArrayList會自動檢查數組是否已滿，如果滿了就擴容，讓你可以繼續添加。
ArrayList如何自動擴容？¶
ArrayList的擴容核心是兩個步驟：觸發條件和擴容過程。
1. 觸發條件：數組已滿¶
當調用add()方法添加元素時，ArrayList會先檢查當前元素數量（size）是否等於數組長度（elementData.length）。如果相等，說明數組已滿，需要擴容。
2. 擴容過程：換一個更大的盒子¶
擴容時，ArrayList會執行以下操作：
- 計算最小容量：需要的最小容量是當前元素數量+1（比如已有10個元素，再添加1個，需要至少11個位置）。
- 計算新容量：
- 如果是第一次擴容（默認構造ArrayList()），新容量直接設爲10（JDK默認初始容量）。
- 其他情況，新容量是原容量的1.5倍（例如原容量10，擴容後15；原容量15，擴容後22）。
- 複製元素：將原數組的元素複製到新容量的數組中，然後繼續使用新數組。
舉個例子：模擬擴容過程¶
我們用一個簡單的例子模擬ArrayList的擴容：
場景：創建一個無參構造的ArrayList，逐步添加元素，觀察容量變化。
- 初始狀態：
elementData數組長度爲0（空數組），size=0。 - 添加第1個元素：
-size=0，數組已滿（elementData.length=0），觸發擴容。
- 首次擴容，新容量=10（默認容量）。
- 數組變爲長度10，size=1。 - 添加第11個元素：
-size=10，數組已滿（elementData.length=10），觸發擴容。
- 原容量=10，新容量=10 + 10/2 = 15（1.5倍）。
- 數組變爲長度15，size=11。 - 添加第16個元素：
-size=15，數組已滿（elementData.length=15），觸發擴容。
- 原容量=15，新容量=15 + 15/2 = 22（1.5倍）。
- 數組變爲長度22，size=16。
規律：每次擴容後容量約爲原來的1.5倍，首次擴容到10，後續每次增加1.5倍。
爲什麼擴容因子是1.5倍？¶
1.5倍是一個平衡選擇：
- 太小：每次擴容太少（如1.1倍），會頻繁擴容，複製數組的次數增多，性能下降。
- 太大：每次擴容太多（如2倍），會浪費內存（空出大量未使用的空間）。
- 1.5倍：既能減少擴容次數，又能避免內存浪費，是JDK經過優化後的結果。
理解擴容原理的好處¶
- 避免數組越界：知道ArrayList會自動擴容，就不用擔心添加元素時數組長度不夠。
- 優化性能：如果能預估元素數量，創建時指定初始容量（如
new ArrayList(100)），可以減少擴容次數，提升效率。 - 掌握底層邏輯：理解擴容原理後，能更清晰地使用ArrayList進行開發，寫出更健壯的代碼。
總結¶
ArrayList的自動擴容原理本質是動態數組：當數組容量不足時，創建一個新的、容量更大的數組，將原元素複製到新數組中，從而實現“自動變長”。擴容因子約爲1.5倍，首次擴容到10（默認構造）。掌握這一原理，能讓你在使用ArrayList時更得心應手，避免常見問題。
記住：ArrayList不是無限大的，它的擴容需要消耗資源（複製數組），所以如果能提前預估元素數量，設置初始容量會更高效哦！