Java 中 ArrayList 的容量与数组的大小对比

1. 概述

Java 提供了两种方式来处理一组对象：固定大小的数组（Array）和动态集合类（如 ArrayList）。虽然两者都能存储多个元素，但在内存管理、性能表现等方面存在显著差异。

本文将重点对比 Java 数组的大小（size） 和 ArrayList 的容量（capacity），并分析在什么场景下手动设置 ArrayList 初始容量是值得推荐的做法。

✅ 你会学到：

数组与 ArrayList 在容量上的区别
Java 8 中 ArrayList 容量机制的变化
如何通过反射获取 ArrayList 的真实容量
初始化容量对性能和内存的影响

2. 示例说明

我们先从一个简单的例子入手，看看数组和 ArrayList 在创建时的行为有何不同。

2.1. 数组的大小

Java 中创建数组时必须明确指定其大小：

Integer[] array = new Integer[100]; 
System.out.println("Size of an array:" + array.length);

输出结果为：

Size of an array:100

也就是说，一旦创建完成，数组的大小就固定不变了。

2.2. ArrayList 的容量

ArrayList 是动态扩容的集合，默认构造器创建的对象初始容量为 0（⚠️注意：不是 10！），这是 Java 8 引入的优化手段。

来看一下官方源码中的默认容量定义：

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

但是这个值并不是立即分配的。只有当第一次添加元素时才会真正分配长度为 10 的底层数组。

我们可以通过反射来查看当前 ArrayList 的实际容量：

public static int getDefaultCapacity(ArrayList<?> arrayList) throws Exception {

    if (arrayList == null) {
        return 0;
    }

    Field field = ArrayList.class.getDeclaredField("elementData");
    field.setAccessible(true);

    return ((Object[]) field.get(arrayList)).length;
}

验证一下空 ArrayList 的容量是否为 0：

@Test
void givenEmptyArrayList_whenGetDefaultCapacity_thenReturnZero() throws Exception {

    ArrayList<Integer> myList = new ArrayList<>();
    int defaultCapacity = DefaultArrayListCapacity.getDefaultCapacity(myList);

    assertEquals(0, defaultCapacity);
}

接着添加一个元素再检查容量：

@Test
void givenEmptyArrayList_whenAddItemAndGetDefaultCapacity_thenReturn10() throws Exception {

    ArrayList<String> myList = new ArrayList<>();
    myList.add("ITEM 1");

    int defaultCapacity = DefaultArrayListCapacity.getDefaultCapacity(myList);

    assertEquals(10, defaultCapacity);
}

✅ 这个懒加载机制的目的就是为了节省内存资源。

如果我们显式指定初始容量呢？

List<Integer> list = new ArrayList<>(100);
assertEquals(0, list.size());

此时虽然底层数组已经准备好了空间，但逻辑大小仍为 0。

加入一个元素后：

list.add(10);
assertEquals(1, list.size());

3. 数组大小 vs ArrayList 容量的区别

3.1. 大小是否可变？

❌ 数组：大小固定，初始化后无法更改。

✅ ArrayList：逻辑大小可变，支持动态增删元素；物理容量会自动扩展。

3.2. 内存分配时机？

❌ 数组：创建时一次性分配全部内存。

✅ ArrayList：初始容量为 0，首次添加元素时才分配底层数组；后续容量不足时再重新分配更大数组并复制旧数据。

⚠️ 特别注意：ArrayList 内部使用的是 Object[] 类型的数组，即使你声明的是泛型类型。

4. 什么时候应该手动设置 ArrayList 初始容量？

虽然大多数情况下可以不指定初始容量，但某些场景下手动设置是有益的。

4.1. 构建大型 ArrayList

如果你知道最终需要插入大量元素，提前设置初始容量可以避免频繁的扩容操作，从而提升性能。

比如：

List<String> list = new ArrayList<>(10000);

否则每次容量不够时都会触发扩容（通常是 1.5 倍增长），带来额外的时间开销和内存浪费。

4.2. 构建大量小型 ArrayList

如果应用中存在成千上万个小型 ArrayList 实例（例如每个只放 2~3 个元素），而默认容量又是 10，则会造成高达 70% 的内存浪费。

这种情况下建议手动设置容量以节省内存。

5. 避免不必要的内存浪费

虽然 ArrayList 提供了灵活的操作接口，但也带来了额外的内存开销。

✅ 适合使用 ArrayList 的场景：

支持随机访问（通过索引）
元素数量变化较大
不追求极致性能

❌ 不适合使用的场景：

存储大量基本类型数据（考虑使用数组或 TIntArrayList 等原生集合）
不需要按索引访问（考虑使用 LinkedList）

6. 总结

特性	Array	ArrayList
大小是否可变	❌ 固定	✅ 可变
初始容量	必须指定	默认 0（首次 add 后为 10）
内存分配时机	创建时	首次 add 时
是否支持扩容	❌ 否	✅ 是
是否支持泛型	✅ 是	✅ 是
是否支持 null 元素	✅ 是	✅ 是

📌 结论：

如果你知道数据规模，初始化 ArrayList 时指定容量是一个好习惯。
对于小规模数据或者频繁变动的结构，ArrayList 更合适。
如果追求极致性能和内存效率，数组仍是不可替代的选择。

📌 示例代码可在 GitHub 获取。

Persistence

REST

Security