ArrayList 源码全解析:动态扩容、数组互转与底层原理

transient Object[] elementData;private int size;

// 默认初始容量private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;// 空数组实例，用于指定容量为 0 时private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};// 空数组实例，用于无参构造，跟 EMPTY_ELEMENTDATA 区分开// 目的是：第一次添加元素时，知道该扩容到 DEFAULT_CAPACITY（10）private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};// 真正存数据的数组transient Object[] elementData;// 实际元素个数private int size;

// 无参构造：空集合，第一次 add 时才初始化容量为 10publicArrayList() {    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}// 指定初始容量publicArrayList(int initialCapacity) {    if (initialCapacity > 0) {        this.elementData = new Object[initialCapacity];    } else if (initialCapacity == 0) {        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;    } else {        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);    }}// 从其他集合创建publicArrayList(Collection<? extends E> c) {    Object[] a = c.toArray();    if ((size = a.length) != 0) {        if (c.getClass() == ArrayList.class) {            elementData = a;        } else {            elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class);        }    } else {        elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;    }}

public boolean add(E e) {    ensureCapacityInternal(size + 1);  // 确保容量够用    elementData[size++] = e;           // 放入元素，size++    return true;}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));}// 计算容量：如果是默认空数组，至少给 DEFAULT_CAPACITYprivate static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);    }    return minCapacity;}// 如果需要的容量大于当前数组长度，扩容private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {    modCount++;  // 结构化修改计数，用于 fail-fast    if (minCapacity - elementData.length > 0)        grow(minCapacity);}

// 用 for-each 或迭代器遍历时，如果另一个线程修改了 ArrayList// 迭代器的 next() 方法会检查 modCount 是否和预期值一致// 不一致就直接抛 ConcurrentModificationException，立刻失败

privatevoidgrow(int minCapacity) {    int oldCapacity = elementData.length;    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);  // 1.5 倍    if (newCapacity - minCapacity < 0)        newCapacity = minCapacity;    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  // 数组拷贝}

if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)    newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

privatestaticinthugeCapacity(int minCapacity) {    if (minCapacity < 0) // 溢出，说明 minCapacity 已经超过了 Integer.MAX_VALUE        throw new OutOfMemoryError();    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?        Integer.MAX_VALUE :        MAX_ARRAY_SIZE;}

publicArrayList(int initialCapacity) {    if (initialCapacity > 0) {        this.elementData = new Object[initialCapacity];  // 直接创建容量为 10 的数组    } else if (initialCapacity == 0) {        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;    } else {        throw new IllegalArgumentException(...);    }}

String[] strs = {"aaa", "bbb", "ccc"};List<String> list = Arrays.asList(strs);

// 修改数组的内容strs[1] = "ddd";System.out.println(list);  // [aaa, ddd, ccc] —— list 也变了！

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(strs));

List<String> list = new ArrayList<>();list.add("aaa");list.add("bbb");list.add("ccc");// 方式一：无参，返回 Object[]Object[] arr1 = list.toArray();// 方式二：指定类型，更常用String[] arr2 = list.toArray(new String[0]);

String[] array = list.toArray(new String[list.size()]);list.add("ddd");System.out.println(Arrays.toString(array));  // [aaa, bbb, ccc] —— 不受影响

// 方案一：Collections.synchronizedList 包装List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());// 方案二：直接用 CopyOnWriteArrayListList<String> cowList = new CopyOnWriteArrayList<>();