面试中，关于java的一些容器，ArrayList是最简单也是最常问的，尤其是里面的扩容机制。

ArrayList

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public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

ArrayList 实现于 List、RandomAccess 接口。可以插入空数据，也支持随机访问。

构造函数为：

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//用初始容量作为参数的构造方法
public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) {
        //初始容量大于0，实例化数组
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else if (initialCapacity == 0) {
        //初始容量等于0，赋予空数组
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } else {
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    }
}

//无参的构造方法
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

从构造方法中我们可以看见，默认情况下，elementData是一个大小为0的空数组，当我们指定了初始大小的时候，elementData的初始大小就变成了我们所指定的初始大小了。

ArrayList相当于动态数据，其中最重要的两个属性分别是: elementData 数组，以及 size 大小。 在调用 add() 方法的时候：

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public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
  • 首先进行扩容校验。
  • 将插入的值放到尾部，并将 size + 1 。

如果是调用 add(index,e) 在指定位置添加的话：

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public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index);

    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    //复制，向后移动
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;
}
  • 也是首先扩容校验。
  • 接着对数据进行复制，目的是把 index 位置空出来放本次插入的数据，并将后面的数据向后移动一个位置。

其实扩容最终调用的代码:

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private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

也是一个数组复制的过程，ArrayList每次扩容都是扩1.5倍，然后调用Arrays类的copyOf方法，把元素重新拷贝到一个新的数组中去。

由此可见 ArrayList 的主要消耗是数组扩容以及在指定位置添加数据，在日常使用时最好是指定大小，尽量减少扩容。更要减少在指定位置插入数据的操作。

序列化

由于 ArrayList 是基于动态数组实现的，所以并不是所有的空间都被使用。因此使用了 transient 修饰，可以防止被自动序列化。

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transient Object[] elementData;

因此 ArrayList 自定义了序列化与反序列化：

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private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
    throws java.io.IOException{
    // Write out element count, and any hidden stuff
    int expectedModCount = modCount;
    s.defaultWriteObject();

    // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
    s.writeInt(size);

    // Write out all elements in the proper order.
    //只序列化了被使用的数据
    for (int i=0; i<size; i++) {
        s.writeObject(elementData[i]);
    }

    if (modCount != expectedModCount) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
    throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
    elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;

    // Read in size, and any hidden stuff
    s.defaultReadObject();

    // Read in capacity
    s.readInt(); // ignored

    if (size > 0) {
        // be like clone(), allocate array based upon size not capacity
        ensureCapacityInternal(size);

        Object[] a = elementData;
        // Read in all elements in the proper order.
        for (int i=0; i<size; i++) {
            a[i] = s.readObject();
        }
    }
}

当对象中自定义了 writeObject 和 readObject 方法时，JVM 会调用这两个自定义方法来实现序列化与反序列化。

从实现中可以看出 ArrayList 只序列化了被使用的数据。

Vector

Vector 也是实现于 List 接口，底层数据结构和 ArrayList 类似,也是一个动态数组存放数据。不过是在 add() 方法的时候使用 synchronized 进行同步写数据，但是开销较大，所以 Vector 是一个同步容器并不是一个并发容器。

Vector比ArrayList多了一个属性：

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protected int capacityIncrement;

这个属性是在扩容的时候用到的，它表示每次扩容只扩capacityIncrement个空间就足够了。该属性可以通过构造方法给它赋值。先来看一下构造方法：

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public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
    super();
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);
    this.elementData = new Object[initialCapacity];
    this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}

public Vector(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, 0);
}

public Vector() {
    this(10);
}

从构造方法中，我们可以看出Vector的默认大小也是10，而且它在初始化的时候就已经创建了数组了，这点跟ArrayList不一样。再来看一下grow方法：

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private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ? capacityIncrement : oldCapacity);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

从grow方法中我们可以发现，newCapacity默认情况下是两倍的oldCapacity，而当指定了capacityIncrement的值之后，newCapacity变成了oldCapacity+capacityIncrement。

以下是 add() 方法：

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public synchronized boolean add(E e) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = e;
    return true;
}

以及指定位置插入数据:

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public void add(int index, E element) {
    insertElementAt(element, index);
}
public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) {
    modCount++;
    if (index > elementCount) {
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " > " + elementCount);
    }
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index);
    elementData[index] = obj;
    elementCount++;
}