[Java 面试题] ArrayList篇

1. ArrayList 与数组的区别

ArrayList 的底层是数组队列，相当于动态数组。与 Java 中的数组相比，它的容量能动态增长。在添加大量元素前，应用程序可以使用ensureCapacity操作来增加 ArrayList 实例的容量。这可以减少递增式再分配的数量。

2 ArrayList 的初始化容量

// 默认容量是10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 如果容量为0的时候，就返回这个数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 使用默认容量10时，返回这个数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 元素存放的数组
transient Object[] elementData;
// 元素的个数
private int size;

// 记录被修改的次数
protected transient int modCount = 0;
// 数组的最大值
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8

ArrayList有三个构造方法，不同的构造方法的容量是不一样的，具体可以查看JDK 源码。

如果不传入初始容量，就使用默认容量，并设置 elementData为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
如果传入初始容量，会判断这个传入的值，如果大于0，就 new一个新的Object数组，如果等于0，就直接设置 elementData为 EMPTY_ELEMENTDATA。
如果传入一个 Collection，则会调用toArray()方法把它变成一个数组并赋值给elementData。同样会判断它的长度是否为0，如果为0，设置elementData为EMPTY_ELEMENTDATA。

3. ArrayList 的扩容具体指什么

ArrayList里面有两个概念，一个是capacity，它表示的就是“容量”，其实质是数组elementData的长度。而size则表示的“存放的元素的个数”。
因为 Java 中，数组操作不能越界，所以我们必须要保证在插入操作的时候，不会抛出数组越界异常。

4. ArrayList是如何实现扩容的？

扩容主要分两种，自动扩容和手动扩容。
自动扩容底层主要是三个私有方法：

// 扩容一个
private Object[] grow() {
	return grow(size + 1);
}

// 保证扩容到期望容量minCapacity及以上
private Object[] grow(int minCapacity) {
    return elementData = Arrays.copyOf(elementData,
                                       newCapacity(minCapacity));
}

// 根据期望容量minCapacity计算实际需要扩容的容量
private int newCapacity(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length; // 得到旧容量
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 设置新容量为旧容量的1.5倍
    if (newCapacity - minCapacity <= 0) { // 如果新容量仍然小于期望容量
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) // 如果是使用的默认容量
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); // 取默认容量和期望容量较大值返回
        if (minCapacity < 0) // overflow // 检查期望容量是否越界（int 的范围）
            throw new OutOfMemoryError();
        return minCapacity; // 返回期望容量
    }
    // 如果新容量大于期望容量，判断一下新容量是否越界
    return (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE <= 0)
        ? newCapacity
        : hugeCapacity(minCapacity);
}

可以看到，底层其实是调用了Arrays.copyOf方法来进行扩充数组容量的。这里我们主要看一下最后一个方法newCapacity(int minCapacity)的实现。
默认情况下，新的容量会是原容量的1.5倍，这里用了位运算提高效率。一般情况下，如果扩容1.5倍后就大于期望容量，那就返回这个1.5倍旧容量的值。而如果小于期望容量，那就返回期望容量。这里对默认容量10做了特殊处理。
使用1.5倍这个数值而不是直接使用期望容量，是为了防止频繁扩容影响性能。试想如果每次add操作都要扩容一次，那性能将会非常低下。
手动扩容主要是一个公有方法ensureCapacity：

public void ensureCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity > elementData.length
        && !(elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
             && minCapacity <= DEFAULT_CAPACITY)) {
        modCount++;
        grow(minCapacity);
    }
}