Что происходит с элементами при увеличении внутреннего массива (capacity) в ArrayList?

При необходимости увеличения вместимости (capacity) ArrayList создает новый массив большего размера и копирует все ссылки на элементы из старого массива в новый. Сами объекты-элементы при этом не дублируются.

Механизм (на примере Java 8+):

1. Когда при добавлении элемента size == capacity, вызывается метод grow().
2. Новая емкость рассчитывается как oldCapacity + (oldCapacity >> 1) (увеличение примерно в 1.5 раза).
3. Создается новый массив: Object[] newElementData = new Object[newCapacity];
4. Происходит поэлементное копирование ссылок с помощью нативного метода:

   System.arraycopy(oldElementData, 0, newElementData, 0, oldElementData.length);

5. Внутренняя ссылка elementData начинает указывать на новый массив. Старый массив становится доступным для сборщика мусора.

Ключевые технические последствия:

• Временная сложность операции: O(n), где n — текущее количество элементов. Это важно учитывать для производительности.

• Копируются только ссылки: Объекты в куче (heap) остаются на своих местах. Изменение состояния объекта через одну ссылку будет видно через другую.

  ArrayList<StringBuilder> list = new ArrayList<>(2);
  list.add(new StringBuilder("A"));
  list.add(new StringBuilder("B"));
  // Произошло внутреннее расширение массива и копирование ссылок
  list.add(new StringBuilder("C"));
  
  StringBuilder firstElement = list.get(0);
  firstElement.append("_modified"); // Изменяем объект
  System.out.println(list.get(0)); // Вывод: "A_modified" — изменение видно

• Стратегия роста (x1.5): Компромисс между экономией памяти (редкие расширения) и минимизацией избыточного копирования (слишком большие шаги роста).

Рекомендация: Если размер коллекции известен заранее, инициализируйте ArrayList с нужной начальной емкостью через конструктор new ArrayList<>(initialCapacity), чтобы избежать многократных операций копирования.