ArrayList的add方法底层实现原理

ArrayList 的底层确实是用数组实现的，并且它的 add() 方法的核心逻辑就依赖于这个内部数组。下面我们从源码角度（以 Java 8+ 为主）来详细解析：

1. ArrayList 底层结构

public class ArrayList extends AbstractList
        implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    
    // 存储元素的底层数组（JDK 8+ 是 Object[]，早期版本可能为 transient）
    transient Object[] elementData;

    // 实际元素个数
    private int size;
}

• elementData 就是 ArrayList 内部用来存数据的动态数组。
• 初始容量默认为 10（如果你用无参构造函数）。

2. add(E e) 方法的核心流程

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // 确保容量足够
    elementData[size++] = e;           // 添加元素并增加 size
    return true;
}

关键在 ensureCapacityInternal() —— 它负责扩容检查。

3. 扩容机制（核心！）

步骤分解：

(1) ensureCapacityInternal(minCapacity)

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        // 如果是默认空数组，则至少扩容到 DEFAULT_CAPACITY = 10
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

(2) ensureExplicitCapacity(minCapacity)

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++; // 用于 fail-fast 机制
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity); // 需要扩容！
}

(3) grow(int minCapacity) —— 真正的扩容逻辑

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    // 新容量 = 旧容量 + 旧容量 >> 1 （即 1.5 倍）
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    
    // 如果 1.5 倍还不够（比如批量添加大量元素），就用 minCapacity
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    
    // 处理超大数组（接近 Integer.MAX_VALUE）
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

    // 创建新数组，并复制旧数据（调用 Arrays.copyOf）
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

4. 关键点总结

特性	说明
底层结构	Object[] elementData 数组
初始容量	无参构造时为 0（延迟初始化），第一次 add 时扩到 10
扩容策略	1.5 倍增长（old + old >> 1）
扩容操作	调用 Arrays.copyOf() 创建新数组并复制元素（时间复杂度 O(n) ）
线程安全	❌ ArrayList 不是线程安全的

举例：
当前容量 10，添加第 11 个元素 → 扩容到 10 + 5 = 15
再添加到第 16 个 → 扩容到 15 + 7 = 22（因为 15 >> 1 = 7）

对比：ArrayList vs 普通数组

特性	普通数组	ArrayList
大小固定？	✅ 是	❌ 动态扩容
泛型支持？	❌	✅
提供丰富方法？	❌	✅（add/remove/contains等）
内存开销	小	稍大（对象头 + size 字段等）

📌 总结

• ArrayList 底层是 Object[] 数组。
• add() 方法会检查容量，不够就扩容。
• 扩容规则：1.5 倍（右移一位加原值） 。
• 扩容本质是创建新数组 + 复制旧数据（Arrays.copyOf） ，所以频繁扩容会影响性能 → 建议预估容量并用 new ArrayList<>(initialCapacity) 初始化。