ArrayList 核心源碼深度解析：動態擴容、泛型實現、性能優化與最佳實踐

ArrayList 本質

實現 List 接口、基於動態數組、支持隨機訪問。底層封裝 Object[] elementData，默認初始容量 10（JDK 8+ 延遲初始化至首次 add）。

核心構造器

public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }
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);
}
public ArrayList(Collection c) {
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}

擴容機制：核心性能影響點

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 1.5 倍擴容
    if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

擴容成本分析

• 數組複製：Arrays.copyOf 為 O(n) 操作。
• 觸發頻率：默認 10 → 15 → 22 → 33 → 49 → 73 → 109…
• 預估容量：new ArrayList<>(預估大小) 避免多次擴容複製，大幅提升批量插入性能。

TrimToSize

trimToSize() 將容量縮減至 size，釋放未用內存，適用於元素固定不再增刪的場景。

關鍵操作時間複雜度

泛型與類型擦除

• 編譯期泛型檢查，運行期擦除為 Object。
• toArray() 返回 Object[]；toArray(T[] a) 可獲取具體類型數組（傳入 new T[size] 或 new T[0]）。
• 異構元素存儲：List