如何快速初始化包含指定数量相同对象的ArrayList且无额外拷贝？

以下方案均满足返回ArrayList类型、支持任意泛型、与原有实现逻辑完全一致（所有位置存储同一个对象引用）的要求。

方案一：反射实现（性能最优，零额外数组拷贝） #

该方案直接替换ArrayList内部的数组字段，避免构造方法的数组拷贝开销，大size场景下性能最高。

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;

public class ArrayListInitUtil {
    private static final Field ELEMENT_DATA_FIELD;
    private static final Field SIZE_FIELD;

    // 提前缓存反射字段，避免每次调用反射开销
    static {
        try {
            ELEMENT_DATA_FIELD = ArrayList.class.getDeclaredField("elementData");
            ELEMENT_DATA_FIELD.setAccessible(true);
            SIZE_FIELD = ArrayList.class.getDeclaredField("size");
            SIZE_FIELD.setAccessible(true);
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            throw new RuntimeException("Failed to access ArrayList internal fields", e);
        }
    }

    public static <T> ArrayList<T> initArrayList(int size, T element) {
        try {
            ArrayList<T> list = new ArrayList<>(0);
            Object[] arr = new Object[size];
            Arrays.fill(arr, element);
            ELEMENT_DATA_FIELD.set(list, arr);
            SIZE_FIELD.set(list, size);
            return list;
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException("Failed to init ArrayList", e);
        }
    }
}

注意事项 #

• 静态代码块提前缓存反射字段，单次调用的反射固定开销可忽略不计，size>100场景下性能远超手写循环和数组拷贝方案。
• Java 9+开启模块系统时，需要添加JVM启动参数--add-opens java.base/java.util=ALL-UNNAMED允许反射访问ArrayList私有字段。

方案二：全版本兼容无反射方案 #

如果不能使用反射，优化后的手写循环方案性能也优于Arrays.fill + 构造拷贝实现：

import java.util.ArrayList;

public static <T> ArrayList<T> initArrayList(int size, T element) {
    ArrayList<T> list = new ArrayList<>(size);
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        list.add(element);
    }
    return list;
}

性能说明 #

ArrayList预分配容量后，add方法仅做数组赋值和size自增，无需扩容判断，性能仅略低于反射方案，且兼容所有JDK版本。

注：所有实现均保持和原有逻辑一致，数组中存储的是同一个对象的引用，若使用可变对象，修改任意位置的对象会影响所有元素。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Christian