Java提供了Collection这个集合接口，可以用来作为数据的容器，其子接口分为单列集合List和双列集合Map，本文初略探索一下List集合下ArrayList的扩容原理。

创建时的elementData数组

首先，ArrayList的底层是用数组来实现的，看一下ArrayList的源码：

        可以看到当我们创建一个ArrayList对象的时候，它会在底层创建一个名叫elementData的数组，并把DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA这个用final修饰的空数组赋值给它——可见最开始创建ArrayList的时候是在底层创建了一个空数组的；源码可见，DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是一个空数组：

 size的作用

        

        随着ArrayList的实例化，类中的私有成员变量size被初始化为0，size是一个非常重要的变量，它有两个作用：1.记录当前集合的大小（长度）；2.是下一个元素应该加入集合的索引（ArrayList是有索引的）。所以说创建ArrayList对象，size＝0，集合此时的大小也是0，同时，下一个（也就是第一个元素）应该加入集合的索引也是0。当这些都准备好了之后，就可以开始加入元素了——

第一次加入元素

        调用ArrayList中的add方法，传入想要加入集合的元素，然后接收到返回值（但ArrayList返回值没什么意义），元素就成功加入集合了。但数组的长度发生了什么变化？还是进入源码：

        首先modCount这个变量会自增一次（这个变量是用来记录集合的操作次数的，对于扩容原理用处不大。）然后调用add的重载方法，这个方法需要三个参数——第1个参数是需要加入集合的元素，第2个参数是底层的element数组，第3个参数是size，size十分重要，代表了元素应该加入的索引和现在的集合大小（扩容的判断条件），然后就返回true了（可以看到add方法总是返回true，这也间接证明了add的返回值没有意义），现在进入add重载方法的源码：

                这个add重载的方法，第1个参数是需要加入集合的元素，第2个参数是底层的element数组，第3个参数是size，进入方法，if语句判断size是否和现在的elementData的长度相等，因为是第一次加入元素，所以说size的值是0，elementData的长度也是0，所以说if会执行，会调用grow方法，而grow方法就是用来给elementList扩容的方法，

        可以看见grow方法也是有重载方法的，给这个重载的grow方法传递的参数是size+1，那么继续跟进到grow的重载方法中：

        这个重载的grow方法中的参数是minCapacity，其意义是“数组扩容后的最小容量”，现在数组扩容后的最小容量是1（size+1），有一个叫oldCapcity变量，用来记录ArrayList底层数组的长度，顾名思义，也就是老（数组）的容量，然后开始判断老容量（oldCapcity）是否大于0或者elementData数组是否不是一个空数组，很显然，是第一次加入集合，if不会执行，那么就会执行else中的语句：会返回一个新的数组，其容量是DEFAULT_CAPACITY和minCapacity中的较大值（DEFAULT_CAPACITY是一个常量，值为10），很显然，这次会返回一个大小为10的数组。 然后可以回到add方法中，当扩容结束后，就可以在size处加入元素了，加入之后，size会+1，因为此时的集合长度已经是1了，而且下一个要加入集合的元素应该加入的索引也是1。

后续添加的扩容

        现在ArrayList中已经有了1个元素了，size也指向了1，elementData的大小也来到了10，所以说当我们再调用9次add方法，都是直接添加元素就成功了（此时是添加到第10个元素），不会涉及到扩容，但是当添加第11个元素的时候，此时的size等于10（相当于arrayList中有10个元素了，并且这次的元素应该添加到索引10），但是回顾add方法——此时的size和elementData的长度又相等了，所以说应该再次用grow方法扩容。

这次的grow方法传递的是size+1，也就是11。

        重载的grow方法得到的minCapactiy是11，oldCapacity是10，然后开始判断if——显然oldCapacity是大于0的（这次的elementData也不是空数组，但是因为是||所以说直接就进入if了）。if里面会调用一个newLength方法给数组扩容（实际上是创建了一个新数组并且将原来的元素拷贝过去）里面的参数分别是oldCapacity（老容量）；minGrowth（需要扩容的最小容量）——这个参数是数组扩容后的最小容量减去老容量；和oldCapacity>>1（将老容量右移1位）相当于将老容量/2。本次的参数分别是oldCapacity：10；minGrowth：11-10=11；；oldGrowth>>1：5，然后进入newLength的源码分析：

        方法中的三个参数上文已经提及，这里不过多的赘述，prefLength（也就是第三个参数）默认是将老容量右移1位的值——也就是刚才传递的值5，但方法一开始就更新这个变量，更新为老容量加上minGrowth和prefGrowth的更大的值，显然prefGrowth更大，那么prefGrowth就被更新为15。进入if判断——prefGrowth>0（这个判断应该是为了防止扩容的大小是0而导致扩容失败）并且prefGrowth<SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH这个常量（Integer的最大值-8），if条件满足，直接返回prefCapcity，此时elementData的长度就变为15了，然后再加入元素，“移动”size。

还有一件事

        那么还有一件事，假如同时加入100个元素，是否还会将数组扩容成15？通过逻辑思考，这显然不现实，那么同时加入100个元素是如何扩容的呢？其实在newLength第一行就告诉了我们答案——方法第一步就是更新prefCapacity，将它变为老容量加上需要扩容的最小容量和理论上需要扩容的容量（oldCapacity>>1）的最大值，假如同时需要添加100个元素，那么需要扩容的最小容量就是100，而现在的elementData的oldCapacity是10，所以说理论上扩容的容量就是5，显然100远＞5，所以说现在扩容的量就是10（oldCapacity）+100（minGrowth）=110

        还有一个用于处理数组长度可能溢出的方法hugeLength(oldLength, minGrowth)，当prefLenght的大小大于了SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH这个常量（Integer的最大值-8）就会进入else，也就是进入了hugeLength(oldLength, minGrowth)方法（但是基本上不可能真用到这个方法吧？）：

        这个方法主要做了以下几件事：

1. 计算最小所需长度minLength，即当前长度oldLength加上最小增长量minGrowth。
2. 如果minLength小于0，说明发生了溢出，抛出OutOfMemoryError异常。
3. 如果minLength小于等于SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH，返回SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH。
4. 否则，返回minLength

总结

        创建一个ArrayList对象时，底层先创建了一个长度为0的数组elementDate，创建变量size，size有两个作用：集合的长度（元素的个数）和下一个元素应该添加的位置添加一个元素其实有点复杂：如果现在的size≠数组的长度（数组没有存满），则直接在size所指的位置添加元素，然后size++但是若size＝数组的长度（相当于已经存满了），那么就会调用ArrayList中的grow方法，先对数组进行扩容然后再存入元素。

        数组扩容的原理：第一次添加元素的时候，数组长度是0，会用grow进行扩容，这时的扩容长度是10（设定的第一次扩容10），但是当10个元素存满之后，想要添加第11个元素，也会进行grow扩容，此刻算出至少需要扩容的长度是1，然后grow方法中可以计算出需要扩容1，然后grow有个默认扩容机制——将老容量左移1位作为扩容的大小，当需要扩容的大小小于默认扩容机制的时候，将使用默认的扩容机制扩容——新数组是原来的1.5倍（长度是原来的1.5倍）；但是当需要扩容的长度大于了默认扩容的长度， 则以实际的长度为准。

        举个例子：当默认长度为10的数组已经存满了，再想存元素，按理来说默认的扩容是将10扩容为15，但是假如想一次添加100个元素，15显然不够，这时就会以实际需要添加的元素为准，将其扩容为长度为110的数组，而不是默认的1.5倍长度的15的数组。