ArrayList自动扩容（详细篇）

                           一.为什么要进行扩容

1.1ArrayLiat底层介绍

ArrayList`是 Java 中的一个常用集合类，其内部实现是基于数组的，可以通过下标来访问和修改其中的元素。在操作 `ArrayList` 时，如果我们向其中添加的元素个数超过了已分配的数组长度，则需要对数组进行扩容。这也是 `ArrayList` 能够自动扩容的原因。

1.2扩容原因：

下面是对 ArrayList 扩容的必要性进行解释：

1. 提高效率

数组在内存中是一段连续的空间，在同一时间内，其所有元素的空间是连续的。在 `ArrayList` 中，当我们需要向其中添加元素时，如果发现当前数组的长度已经达到了其最大值，我们就需要对其进行扩容。扩容的意思是在内存中重新分配一个可以容纳更多元素的连续空间，并将原有数组的元素复制到新的空间中。这样，我们就可以向新的空间中添加元素了。通过扩容，我们避免了在数组中频繁移动元素，提高了程序的效率。

2. 避免数组下标越界

当我们访问数组时，如果使用的下标超出了数组的实际长度，则会发生数组下标越界异常。扩容可以避免这种情况发生，因为扩容会重新分配更大的内存空间，并修改数组的长度，使得我们可以在新的空间中添加元素，避免了访问数组时下标越界的问题。

3. 降低内存碎片

扩容可以避免内存碎片的产生。在执行增删操作时，如果数组中存在空洞，即有些位置的元素被删除后，造成数组远小于原来的大小，这时也需要重新分配内存空间。如果这种情况发生频繁，会导致内存空间的碎片化，使得程序性能变差。而数组的扩容操作在内存中分配连续空间，可以避免这种问题的出现，从而降低内存碎片的产生。

1.3什么是内存碎片化？

1.3.1定义：

指在程序运行过程中，由于空间的分配和释放不规则，形成了很多不连续、空闲的内存片段，使得原本容易找到连续空间的程序运行变得困难。内存中的空闲区域是不连续的，当需要分配一个大段的内存时，就会因为找不到足够的连续空间而产生问题。这种情况常常发生在反复分配和释放内存的场景中，例如大数据量的操作或多次执行动态数组扩容等。

1.3.2解决方法

内存空间的碎片化会对系统性能产生负面影响，因为程序在分配或释放内存时需要不停地将内存碎片合并或分割，这样会浪费更多的时间和系统资源。在程序的现代化中，应该尽可能地避免或减少内存碎片的出现，从而优化程序性能。

以下是几种减少内存碎片的方法：

1. 使用内存池技术，固定分配一部分内存块供程序使用。
   
2. 动态分配时，采用内存对齐方式，尽量使得分配出来的内存块尺寸是确定的。
   
3. 尽量减少对象的分配与回收，从而降低内存碎片化的程度。
   
4. 对于数据结构动态增长的场景，采用增量式扩容的策略，避免一次性分配过大的内存空间。
   

                    二.进行ArrayLiat扩容操作

1.扩容的底层原理：

ArrayList 自动扩容的实现：依赖于 `ensureCapacityInternal()` 和 `grow()` 两个方法。

当添加一个新元素到 ArrayList 时，ArrayList 会先判断当前存储元素的数组容量是否已经达到了最大大小（即 `Integer.MAX_VALUE`），如果已经达到了则不再扩容。否则，如果当前存储元素的数组容量已经满了，那么就需要扩容：

1. `ensureCapacityInternal()` 方法会先计算出新的容量大小：原来的容量大小（记为 oldCapacity）加上原来的容量大小的一半（即 oldCapacity >> 1）。

2. 如果新的容量大小小于当前所需的容量（即当前 arrayList 的大小加 1），则新容量大小为当前所需的容量加 1。

3. `grow()` 方法会创建一个新的存储元素的数组，其大小就是新的容量大小。然后它会调用 `Arrays.copyOf()` 方法来将旧数组中的元素复制到新数组中。

最后，ArrayList 会将新的数组作为内部存储数组，并更新相关信息。

这样，每次扩容的大小为原数组大小的约1.5倍，这个值是可以设置的，通过 `ensureCapacity()` 方法来调整。如果需要添加很多元素，建议预估需要的大小，调用 `ensureCapacity()` 来避免频繁的扩容操作，提高性能。

2.实现操作

2.1代码截屏：

2.2效果图：

2.3注意事项：

1.ArrayList  默认长度为10，当然我们也可以设置长度为其他值

例如：  ArrayList list=new  ArrayList<>(50); 当我们打印集合长度是就为：50

好处：可以减少扩容次数，提高程序在处理，运行时的速度

2.  ArrayList 的增长因子为0.5倍数，扩容倍数为1.5倍数！在进行扩容是数组长度在有小数时会向下取整比如说：在效果图数组长度15时：在添加第16个元素时扩容后的长度为：原来长度*0.5+原来长度（向下取整）=新长度；运用这个公式就可以得到新的扩容数组长度为22

2.3源码：

package liuzhi_list;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.ArrayList;
public class demo1 {
       public static void main(String[] args)   throws  Exception{
         //首先创建一个arrayList  集合
         ArrayList list=new  ArrayList<>(50);
         //通过for循环添加数据  添加100条
         for (int i = 0; i<100; i++) {
        list.add(i);
        //打印输出结果
      System.out.print(i+"\r");
        //发现集合通过for循环增加了100条数据
        System.out.println("集合有多少数据:"+list.size());
        getLength(list);  
      }      
  }         
     /**
      * 此方法通过调用arrayliat底层来操作
      * @param list
      * @throws Exception
      * @throws Exception
      */
    private static void getLength(ArrayList list) throws Exception, Exception {
      //通过调用 获取 ArrayList对象类部类获取底层的elementData字段
      Field f = list.getClass().getDeclaredField("elementData");
      //因为arraylist底层是私有化 必须通过反射 并且打开私有化权限
      f.setAccessible(true);
      //作用是获取 ArrayList 对象的底层数组
      Object[] object = (Object[]) f.get(list);
      //打印数组长度
      System.out.println("当前数组长度： "+object.length);
    }
}