Java实现ArrayList自动扩容

一.为什么要进行扩容

1.1ArrayLiat底层介绍

ArrayList`是 Java 中的一个常用集合类，其内部实现是基于数组的，可以通过下标来访问和修改其中的元素。在操作 `ArrayList` 时，如果我们向其中添加的元素个数超过了已分配的数组长度，则需要对数组进行扩容。这也是 `ArrayList` 能够自动扩容的原因。

1.2扩容原因：

下面是对 ArrayList 扩容的必要性进行解释：

1. 提高效率

数组在内存中是一段连续的空间，在同一时间内，其所有元素的空间是连续的。在 `ArrayList` 中，当我们需要向其中添加元素时，如果发现当前数组的长度已经达到了其最大值，我们就需要对其进行扩容。扩容的意思是在内存中重新分配一个可以容纳更多元素的连续空间，并将原有数组的元素复制到新的空间中。这样，我们就可以向新的空间中添加元素了。通过扩容，我们避免了在数组中频繁移动元素，提高了程序的效率。

2. 避免数组下标越界

当我们访问数组时，如果使用的下标超出了数组的实际长度，则会发生数组下标越界异常。扩容可以避免这种情况发生，因为扩容会重新分配更大的内存空间，并修改数组的长度，使得我们可以在新的空间中添加元素，避免了访问数组时下标越界的问题。

3. 降低内存碎片

扩容可以避免内存碎片的产生。在执行增删操作时，如果数组中存在空洞，即有些位置的元素被删除后，造成数组远小于原来的大小，这时也需要重新分配内存空间。如果这种情况发生频繁，会导致内存空间的碎片化，使得程序性能变差。而数组的扩容操作在内存中分配连续空间，可以避免这种问题的出现，从而降低内存碎片的产生。

1.3什么是内存碎片化？

1.3.1定义：

指在程序运行过程中，由于空间的分配和释放不规则，形成了很多不连续、空闲的内存片段，使得原本容易找到连续空间的程序运行变得困难。内存中的空闲区域是不连续的，当需要分配一个大段的内存时，就会因为找不到足够的连续空间而产生问题。这种情况常常发生在反复分配和释放内存的场景中，例如大数据量的操作或多次执行动态数组扩容等。

1.3.2解决方法

内存空间的碎片化会对系统性能产生负面影响，因为程序在分配或释放内存时需要不停地将内存碎片合并或分割，这样会浪费更多的时间和系统资源。在程序的现代化中，应该尽可能地避免或减少内存碎片的出现，从而优化程序性能。

以下是几种减少内存碎片的方法：

• 使用内存池技术，固定分配一部分内存块供程序使用。
• 动态分配时，采用内存对齐方式，尽量使得分配出来的内存块尺寸是确定的。
• 尽量减少对象的分配与回收，从而降低内存碎片化的程度。
• 对于数据结构动态增长的场景，采用增量式扩容的策略，避免一次性分配过大的内存空间。

二.进行ArrayLiat扩容操作

1.扩容的底层原理：

ArrayList 自动扩容的实现：依赖于 `ensureCapacityInternal()` 和 `grow()` 两个方法。

当添加一个新元素到 ArrayList 时，ArrayList 会先判断当前存储元素的数组容量是否已经达到了最大大小（即 `Integer.MAX_VALUE`），如果已经达到了则不再扩容。否则，如果当前存储元素的数组容量已经满了，那么就需要扩容：

1. `ensureCapacityInternal()` 方法会先计算出新的容量大小：原来的容量大小（记为 oldCapacity）加上原来的容量大小的一半（即 oldCapacity >> 1）。
2. 如果新的容量大小小于当前所需的容量（即当前 arrayList 的大小加 1），则新容量大小为当前所需的容量加 1。
3. `grow()` 方法会创建一个新的存储元素的数组，其大小就是新的容量大小。然后它会调用 `Arrays.copyOf()` 方法来将旧数组中的元素复制到新数组中。

最后，ArrayList 会将新的数组作为内部存储数组，并更新相关信息。

这样，每次扩容的大小为原数组大小的约1.5倍，这个值是可以设置的，通过 `ensureCapacity()` 方法来调整。如果需要添加很多元素，建议预估需要的大小，调用 `ensureCapacity()` 来避免频繁的扩容操作，提高性能。

2.实现操作

2.1代码截屏：

2.2效果图：

2.3注意事项：

 1.ArrayList  默认长度为10，当然我们也可以设置长度为其他值

例如：  ArrayList list=new  ArrayList<>(50); 当我们打印集合长度是就为：50

好处：可以减少扩容次数，提高程序在处理，运行时的速度

2.  ArrayList 的增长因子为0.5倍数，扩容倍数为1.5倍数！在进行扩容是数组长度在有小数时会向下取整比如说：在效果图数组长度15时：在添加第16个元素时扩容后的长度为：原来长度*0.5+原来长度（向下取整）=新长度；运用这个公式就可以得到新的扩容数组长度为22

2.4源码：

package liuzhi_list;

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.ArrayList;


public class demo1 {
       public static void main(String[] args)   throws  Exception{
    	   //首先创建一个arrayList  集合
    	   ArrayList list=new  ArrayList<>(50);
		     //通过for循环添加数据  添加100条
		     for (int i = 0; i<100; i++) {
				list.add(i);
				//打印输出结果
			System.out.print(i+"\r");
				//发现集合通过for循环增加了100条数据
				System.out.println("集合有多少数据:"+list.size());
				getLength(list);	
			}	     
	}         
     /**
      * 此方法通过调用arrayliat底层来操作
      * @param list
      * @throws Exception
      * @throws Exception
      */
   	private static void getLength(ArrayList list) throws Exception, Exception {
   		//通过调用 获取 ArrayList对象类部类获取底层的elementData字段
   		Field f = list.getClass().getDeclaredField("elementData");
   		//因为arraylist底层是私有化 必须通过反射 并且打开私有化权限
   		f.setAccessible(true);
   		//作用是获取 ArrayList 对象的底层数组
   		Object[] object = (Object[]) f.get(list);
   		//打印数组长度
  		System.out.println("当前数组长度： "+object.length);
   	}
}

到此这篇关于Java实现ArrayList自动扩容的文章就介绍到这了,更多相关Java ArrayList自动扩容内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！ 

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