为什么List占用的内存几乎是同容量数组的3倍？

• List默认的动态扩容机制带来的预留空间浪费
  List内部基于数组实现，默认无容量参数初始化时初始容量为4，每次元素数超过当前容量就会将内部数组扩容为原来的2倍。写入2000万条float时，扩容过程最后一步会将容量从16777216（2^{24）翻倍到33554432（2}25），此时内部数组实际占用128MB（33554432*4字节），但仅使用了前2000万条对应的76MB空间，剩下的空间属于预留未使用的冗余空间。
• 未回收的旧扩容数组带来的临时内存占用
  每次扩容都会生成新的更大的数组，拷贝完旧数组元素后，旧数组需要等待GC回收。如果内存统计时GC还未执行，最大的旧数组（16777216容量，对应64MB）还会驻留在内存中，叠加后就会出现观测到的206MB左右的总占用。
• 补充：List本身的对象开销可忽略，只有对象头、容量、元素数、内部数组引用几个字段，总共仅几十字节，不是内存开销的主要来源。

• 方案1：预分配容量（最优，适合提前知道元素总数的场景）
  初始化List时直接指定总容量，完全避免扩容过程和预留空间浪费，内存占用和纯数组几乎一致。
  代码示例：

// 初始化时直接指定2000万的容量
List<float> listValues = new List<float>(20000000);

for (int i = 0; i < 20000000; i++)
     listValues.Add(i);

• 方案2：写入完成后裁剪多余空间（适合提前不知道元素总数的场景）
  所有元素写入完成后调用TrimExcess()方法，会将内部数组的容量调整为和实际元素数一致，释放多余的预留空间。注意如果后续还要新增元素，会触发重新扩容，适合一次性写入的场景。
  代码示例：

List<float> listValues = new();

for (int i = 0; i < 20000000; i++)
     listValues.Add(i);

// 裁剪多余容量
listValues.TrimExcess();

• 方案3：直接使用数组（适合完全不需要动态增减元素的场景）
  如果场景不需要后续新增、删除元素，直接使用float数组是内存效率最高的选择，没有任何额外封装开销。
• 方案4：使用数组池（适合高频重复创建大集合的场景）
  如果需要频繁创建和销毁大的数值集合，可以用ArrayPool<float>租用数组，用完归还，避免频繁大对象GC带来的性能损耗。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Zelos