容器扩容机制

这里以ArrayList为例

     ArrayList源码分析

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{/**
     * 默认初始化容量
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    /**
     * 空数组
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    /**
     * 空数组
     */
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    /**
     * 存放元素的数组
     */
    transient Object[] elementData; 
    /**
     * 数组的元素个数
     */
    private int size;

    /** *有参构造容量大于0，一个新的对应容量的数组赋值给elementData；容量等于0,把空数组赋值给elementData；容**量小于0，抛出异常
    */
    public ArrayList(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);
        }
    }

    /**
     *无参构造初始化时候将空数组赋值给了elementData
     */
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    /**
     *把Collection构建成ArrayList
     */
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        //使用Collection的toArray()方法得到一个对象数组并赋值给elementData
        elementData = c.toArray();
        //size是容器元素个数，所以集合转ArrayList存储时候要对size进行赋值。
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // //这里是当c.toArray出错，没有返回Object[]时，利用Arrays.copyOf 来复制集合c中的元素到elementData数组中
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            //假如collection为空的话，直接给elementData一个空数组
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }
    /**
     *  截断多余的容量，在内存紧缺时候使用。
     */
    public void trimToSize() {
        modCount++;
        if (size < elementData.length) {
            elementData = (size == 0)
              ? EMPTY_ELEMENTDATA
              : Arrays.copyOf(elementData, size);
        }
    } 
    /**
     *  分配的数组最大限度。超出可能会OutOfMemoryError
     */
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

    /**
     * 返回元素个数
     */
    public int size() {
        return size;
    }
    /**
     * 判断ArrayList是否为空
     */
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }
    /**
     * 判断ArrayList是否包含o
     */
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) >= 0;
    }
    /**
     * 如果容器中的元素有和o相等的，那么返回第一个相等元素的下标，如果没有返回-1
     * 从前寻找
     */
    public int indexOf(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }
    /**
     * 功能和上面一样
     * 只不过从后寻找
     */
    public int lastIndexOf(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }
    /**
     * ArrayList的浅拷贝
     */
    public Object clone() {
        try {
            ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
            //如果是对象的话，只会拷贝对象，不会拷贝对象的值
            v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
            v.modCount = 0;
            return v;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            // this shouldn't happen, since we are Cloneable
            throw new InternalError(e);
        }
    }

    /**
     * ArrayList转换为数组
     */
    public Object[] toArray() {
        return Arrays.copyOf(elementData, size);
    }

    /**
     *  ArrayList转换为指定格式的数组
     *  如果ArrayList的长度大于数组a的长度，那么创建一个a类型的新数组
     *  如果ArrayList的长度小于数组a的长度，那么直接把ArrayList元素复制给a,并把下标等于size元素
     *  替换为null,后面的元素不动
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public <T> T[] toArray(T[] a) {
        if (a.length < size)
            // Make a new array of a's runtime type, but my contents:
            return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
        System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
        if (a.length > size)
            a[size] = null;
        return a;
    }

    /**
     * 查询 index角标元素
     */
    public E get(int index) {
        //越界检查
        rangeCheck(index);
        return elementData(index);
    }

    /**
     * 更新index角标元素
     */
    public E set(int index, E element) {
        //越界检查
        rangeCheck(index);
        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }

    /**
     * 从尾部插入元素操作
     */
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //在新数组末端添加一个元素
        elementData[size++] = e;  
        return true;
    }
     private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }
    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {    //假如ArrayList是通过无参构造方法创建出来的对象，如果大于10就返回元素个数，如果小于10（默认初始容量）
    //就返回10
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        //如果ArrayList不是通过无参构造创建出来的，那么直接返回元素个数即可
        return minCapacity;
    }
     //modCount自增，如果需要扩容就进行扩容    
     private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;  //继承自AbstractList 用来计集合修改的次数
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    /**
     * 扩容1.5倍，假如还不够的话，把元素个数作为容量。
     */
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        //如果新容量太大且超过数组最大值,如果元素个数大于数组容量最大值，那么把容量设为Integer的最大值
        //如果元素个数小于数组最大值，那么把容量扩容到数组容量最大值即可
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // 构建新数组
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
       private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }
    /**
     * 指定下标插入元素
     */
    public void add(int index, E element) {
        //下标越界判断
        rangeCheckForAdd(index);
        //和尾部增加一样，判断是否需要扩容，如需则构建新数组，modCount自增
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //其他元素下标后移
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        //把元素添加到index下标处                 
        elementData[index] = element;
        //元素个数+1
        size++;
    }
     /**
      *  判断index是否越界
      */
    private void rangeCheckForAdd(int index) {
        if (index > size || index < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    /**
     *  ArrayList尾部添加Collection
     */
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        //把Collection构建成数组
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        //判断是否需要扩容，如需则构建新数组，modCount自增
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
        //把数组拷贝到原ArrayList尾部
        System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
        //新size
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }
    /**
     *  从下标index处插入集合c
     */
     public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
         //角标越界判断
        rangeCheckForAdd(index);
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
        int numMoved = size - index;
        //index处的元素后移数组c长度个位置
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
                             numMoved);
        //把c数组插入上面移出的空位
        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }     
     /**
      * 如有必要，增加此 ArrayList 实例的容量，以确保它至少能够容纳最小容量参数所指定的元素数。
      */      
    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        //ArrayList不是通过无参构造创建的设置minExpand为0，如果是通过无参构造创建的设置为初始容量10
        int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
            // any size if not default element table
            ? 0
            // larger than default for default empty table. It's already
            // supposed to be at default size.
            : DEFAULT_CAPACITY;
        if (minCapacity > minExpand) {
            //modCound自增，进行扩容
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }
    /**
     *  删除对应下标的元素
     */
    public E remove(int index) {
        //判断下标是否越界
        rangeCheck(index);
        //modCound自增
        modCount++;
        //根据下标获取对应的元素
        E oldValue = elementData(index);
        int numMoved = size - index - 1;
        //假如index对应元素不是最后一个元素，把这个元素后面的其他元素前移一位
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        //把最后一位设置为默认的null元素
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        //返回移出的元素
        return oldValue;
    }
    //根据下标获取数组对应的元素
    @SuppressWarnings("unchecked")
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }
    /**
     * 如果ArrayList中有o元素，从ArrayList中删除第一个o元素
     */
    public boolean remove(Object o) {
        //循环数组，如果其中元素和o相等，删除对应下标的元素并返回。
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (elementData[index] == null) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        } else {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (o.equals(elementData[index])) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        }
        return false;
    }
    /*
     * modCound自增,移出index处的元素，然后后面元素前移，尾元素赋值null
     * 不用返回对应元素，不会越界所以不需要越界判断。
     */
    private void fastRemove(int index) {
        modCount++;
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    }
    /**
     * 从ArrayList中删除Collection包含的元素
     */
    public boolean removeAll(Collection<?> c) {
        //查看Objects源码 此处如果c为空，抛出空指针异常
        Objects.requireNonNull(c);
        return batchRemove(c, false);
    }
    /**
     * 从ArrayList中保留c中包含的元素
     */
     public boolean retainAll(Collection<?> c) {
        Objects.requireNonNull(c);
        return batchRemove(c, true);
    }
    private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
        final Object[] elementData = this.elementData;
        int r = 0, w = 0;
        boolean modified = false;
        try {
            for (; r < size; r++)
                //complement为false,c中不包含的元素，从下标为0处放入到elementData中
                //complement为true,c中包含的元素，从下标为0处放入到elementData中
                if (c.contains(elementData[r]) == complement)
                    elementData[w++] = elementData[r];
        } finally {
            //由于c.contains报异常导致r!=size,把从r开始的后面项，都赋值到elementData的w项后
            //即现在的elementData的w项前的元素，都是c中不包含的。w和w项后的元素还未判断，整体拿过来
            if (r != size) {
                System.arraycopy(elementData, r,
                                 elementData, w,
                                 size - r);
            //把w变为elementData元素的"size"。这里的size不是实际的元素个数
            //由于上面为了提高性能，没有创建新数组。而是把不被c包含的元素从开头再次存入这个数组。
            //没有存放过的下标位上不是null而是以前的元素。
            w += size - r;
            }
            //如果w=size，那么说明异常前，elementData的前r项都不被c包含
            //此处说明有元素不被c包含
            //清空上面提到的老元素
            if (w != size) {
                // clear to let GC do its work
                for (int i = w; i < size; i++)
                    elementData[i] = null;
                //modCount增加size-w  即从中剔除了size-w个元素
                modCount += size - w;
                size = w;
                modified = true;
            }
        }
        return modified;
    }    
   /**
    * 清空数组中的元素
    */
    public void clear() {
        modCount++;
        // clear to let GC do its work
        for (int i = 0; i < size; i++)
            elementData[i] = null;
        size = 0;
    }
    /**
     *   删除从fromIndex到toIndex（不包含）的元素  注意：继承ArrayList的类才可用
     */
    protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
        modCount++;
        int numMoved = size - toIndex;
        //把从toInDex开始的元素，复制到fromIndex---fromIndex+numMoed（不包含）处
        System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
                         numMoved);
        //清空fromIndex+numMoed及后面的元素
        // clear to let GC do its work
        int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
        for (int i = newSize; i < size; i++) {
            elementData[i] = null;
        }
        size = newSize;
    }
     /**
      *  越界检查
      */
    private void rangeCheck(int index) {
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    private String outOfBoundsMsg(int index) {
        return "Index: "+index+", Size: "+size;
    }/* 我们在使用List,Set的时候，为了实现对其数据的遍历，我们经常使用到了Iterator(迭代器)。使用迭代器，你不需要干涉其遍历的过程，只需要每次取出一个你想要的数据进行处理就可以了。但是在使用的时候也是有不同的。List和Set都有iterator()来取得其迭代器。对List来说，你也可以通过listIterator()取得其迭代器，两种迭代器在有些时候是不能通用的，
   terator和ListIterator主要区别在以下方面：
       1. iterator()方法在set和list接口中都有定义，但是ListIterator（）仅存在于list接口中（或实现类中）；
       2. ListIterator有add()方法，可以向List中添加对象，而Iterator不能
       3.ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法，可以实现顺序向后遍历，但是ListIterator有hasPrevious()和previous()方法，可以实现逆向（顺序向前）遍历。Iterator就不可以。
       4. ListIterator可以定位当前的索引位置，nextIndex()和previousIndex()可以实现。Iterator没有此功能。
       5.都可实现删除对象，但是ListIterator可以实现对象的修改，set()方法可以实现。Iierator仅能遍历，不能修改。　　
         因为ListIterator的这些功能，可以实现对LinkedList等List数据结构的操作。其实，数组对象也可以用迭代器来实现。  　
*/  
    /**
     *  从AbstractList继承过来的，返回当前索引位置的迭代器
     */
    public ListIterator<E> listIterator(int index) {
        if (index < 0 || index > size)
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
        return new ListItr(index);
    }
    /**
     * 从AbstractList继承过来的，返回此列表元素的列表迭代器
     */
    public ListIterator<E> listIterator() {
        return new ListItr(0);
    }

    /**
     * 返回以恰当顺序在此列表的元素上进行迭代的迭代器。
     */
    public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();
    }
}

 

    总结  ：

            1.底层为数组，当容量满时候进行扩容每次为1.5倍，如果还不够的话容量为元素个数。构建新数组，把原数组拷贝进新数组。

            2.无参创建出来的ArrayList在第一次add时候会给一个10的容量。所以我们尽可能的在创建时候给它一个初始值，如果不确定那么用默认值