面试题：Java ArrayList与自定义动态数组底层逻辑优化对比

Question

假设你要设计一个自定义的动态数组，在功能上与Java的ArrayList类似，从底层逻辑设计角度出发，阐述如何在内存管理、扩容策略等方面进行优化，以提高性能，并与ArrayList的现有底层逻辑进行对比。

Answer 1

内存管理优化

1. 连续内存分配：与ArrayList类似，自定义动态数组应使用连续的内存空间存储元素，这样在遍历和随机访问时具有高效性，缓存命中率高。例如，在C++ 中可使用std::vector背后的机制，通过new分配一块连续内存。
2. 对象池复用：对于频繁创建和销毁元素对象的场景，可以实现对象池机制。当元素从动态数组中移除时，不立即释放对象，而是将其放入对象池，下次添加新元素时，优先从对象池获取对象，减少内存分配和垃圾回收的开销。这一点ArrayList没有类似机制。

扩容策略优化

1. 初始容量设置：ArrayList默认初始容量为10。自定义动态数组可根据实际使用场景，提供一个更合理的默认初始容量。如果预先知道大概的数据规模，可设置合适的初始容量，避免频繁扩容。
2. 扩容因子调整：ArrayList扩容时，新容量为旧容量的1.5倍。自定义动态数组可根据数据增长特点调整扩容因子。例如，如果数据增长较为平缓，可适当增大扩容因子，减少扩容次数；如果数据增长波动较大，可采用较小的扩容因子，避免过多的内存浪费。
3. 分批扩容：在扩容时，不一次性分配新的全部容量，而是分批次分配，逐步增加容量。例如，先分配略大于当前所需的容量，后续根据实际需求再逐步扩容，这样可减少一次性内存分配失败的风险，并且在一定程度上降低内存碎片产生的可能性，这是ArrayList未采用的策略。

与ArrayList底层逻辑对比

1. 内存管理：
   • ArrayList在Java堆上分配连续内存存储元素，依赖Java的垃圾回收机制处理内存释放。自定义动态数组如果在C++ 等语言实现，需手动管理内存释放，通过对象池机制可在某些场景下优化内存使用，这是ArrayList不具备的。
2. 扩容策略：
   • ArrayList采用固定的1.5倍扩容因子，简单直接。自定义动态数组可灵活调整扩容因子和采用分批扩容策略，能更好适应不同数据增长模式，但实现相对复杂。在某些特定场景下，自定义的扩容策略可能比ArrayList的固定扩容策略性能更优。