ArrayList 動態擴容機制深度解析

核心觀念

Java ArrayList 底層以陣列儲存元素，陣列長度固定。當加入元素超過容量時，ArrayList 會自動建立更大的新陣列，並將舊資料複製過去，這就是「動態擴容」的本質。

擴容核心原始碼 (JDK 8)

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 1.5 倍
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

關鍵細節解讀

效能影響與最佳實務

• 時間複雜度：單次擴容為 O(n)，但攤還分析下 add 平均 O(1)。
• 預估大小：若能預估資料筆數，建議用 new ArrayList<>(initialCapacity) 減少擴容次數。
• trimToSize()：資料固定後可呼叫此方法縮減容量至實際大小，釋放記憶體。

結語

ArrayList 的「動態」是靠陣列複製實現的假象。理解擴容機制有助於寫出高效能的 Java 程式碼，避免頻繁擴容造成的 GC 壓力。