面试官:"准备用HashMap存1w条数据,构造时传10000还会触发扩容吗?"

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// 预计存入 1w 条数据,初始化赋值 100000,处理 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(100000)
// for (int i = 0; i < 100000; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 否有 朋友儿儿最常用的集合之一,觉得对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,随后 HashMap 依然是最常用的。

朋友儿儿通过 HashMap 来存储 Key-Value 某些键值对形式的数据,其内内外部通过哈希表,让存取高度最好时还可不里能达到 O(1),而又肯能肯能存在的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的形状,让高度最差也差不过 O(logn)。

整体来说,HashMap 作为一款工业级的哈希表形状,高度还是有保障的。

编程语言提供的集合类,觉得底层还是基于数组、链表某些最基本的数据形状,随后和朋友儿儿直接使用数组不同,集合在容量不足时,会触发动态扩容来保证有足够的空间存储数据

动态扩容,涉及到数据的拷贝,是一种「较重」的操作。那肯里还可不里能提前选用集合将要存储的数据量范围,就还可不里能通过构造方法,指定集合的初始容量,来保证接下来的操作中,不至于触发动态扩容。

这就引入了本文开篇的现象,肯能使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续朋友儿儿立即存入 1w 条数据,否有 符合与其不让触发扩容呢?

在分析某些现象前,越来越 们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了某些?

PS:本文所涉及代码,均以 JDK 1.8 中 HashMap 的源码举例。

HashMap 的初始化

在 HashMap 中,提供了三个多多 指定初始容量的构造方法 HashMap(int initialCapacity),某些方法最终会调用到 HashMap 越来越 构造方法,其中的参数 loadFactor 可是我默认值 0.75f。

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
  if (initialCapacity < 0)
    throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity);
  if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
    initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
  if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
    throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor);

  this.loadFactor = loadFactor;
  this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}

其中的成员变量 threshold 可是我用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也可是我说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造方法的逻辑还可不里能看出,HashMap 并全是直接使用内外部传递进来的 initialCapacity,可是我经过了 tableSizeFor() 方法的处理,再赋值到 threshole 上。

static final int tableSizeFor(int cap) {
  int n = cap - 1;
  n |= n >>> 1;
  n |= n >>> 2;
  n |= n >>> 4;
  n |= n >>> 8;
  n |= n >>> 16;
  return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

tableSizeFor() 方法中,通过逐步位运算,就还可不里能让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的随后,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

越来越当朋友儿儿从内外部传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 方法处理随后,就会变成 2 的 14 次幂 16384,再算上负载因子 0.75f,实际在不触发扩容的前提下,可存储的数据容量是 12288(16384 * 0.75f)。

某些场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,暂且会触发朋友儿儿猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当朋友儿儿把初始容量,调整到 10000 时,清况 又不一样了,具体清况 具体分析。

再回到 HashMap 的构造方法,threshold 为扩容的阈值,在构造方法中由 tableSizeFor() 方法调整后直接赋值,什么都有有有在构造 HashMap 时,肯能传递 10000,threshold 调整后的值觉得是 1024,但 HashMap 暂且直接使用它。

仔细想想就会知道,初始化时决定了 threshold 值,但其装载因子(loadFactor)并越来越参与运算,那在上边具体逻辑的随后,HashMap 是怎样才能处理的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,全是通过成员变量 table 数组来存储的,在 JDK 1.7 和 1.8 中觉得 table 的类型有所不同,随后数组某些基本形状并越来越变化。越来越 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,可是我:

table.size == threshold * loadFactor

那某些 table 是在某些随后初始化的呢?这就要说会到朋友儿儿老会 在回避的现象,HashMap 的扩容。

在 HashMap 中,动态扩容的逻辑在 resize() 方法中。某些方法不仅仅承担了 table 的扩容,它还承担了 table 的初始化。

当朋友儿儿首次调用 HashMap 的 put() 方法存数据时,肯能发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 方法中。

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    n = (tab = resize()).length; // 调用 resize()
    // ...
}

resize() 方法中,调整了最终 threshold 值,以及完成了 table 的初始化。

final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    if (oldCap > 0) {
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; 
    }
    else if (oldThr > 0) 
        newCap = oldThr; // ①
    else {               
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    if (newThr == 0) {
        // ②
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    threshold = newThr; // ③
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab; // ④
    // ....
}

注意看代码中的注释标记。

肯能 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,什么都有有有我将初始化 table 的逻辑用注释标记出来了。其中 xxxCap 和 xxxThr 分别对应了 table 的容量和动态扩容的阈值,什么都有有有存在旧和新两组数据。

当朋友儿儿指定了初始容量,且 table 未被初始化时,oldThr 就不为 0,则会走到代码 的逻辑。在其中将 newCap 赋值为 oldThr,也可是我新创建的 table 会是朋友儿儿构造的 HashMap 时指定的容量值。

之全是进入代码 的逻辑,其中就通过装载因子(loadFactor)调整了新的阈值(newThr),当然这里也做了某些限制需用让 newThr 在三个多多 合法的范围内。

在代码 中,将使用 loadFactor 调整后的阈值,重新保存到 threshold 中。并通过 newCap 创建新的数组,将其指定到 table 上,完成 table 的初始化(代码 )。

到这里也就清楚了,觉得朋友儿儿在初始化时,传递进来的 initialCapacity 觉得被赋值给 threshold,随后它实际是 table 的尺寸,随后最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

越来越回到随后的现象全是答案了,觉得 HashMap 初始容量指定为 10000,随后它可是我表示 table 数组为 10000,扩容的重要方法扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是不足以承载 10000 条数据的,最终在存够 1k 条数据随后,全是触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量全是根据业务来的,而不让是三个多多 固定值,为此朋友儿儿需用三个多多多 特殊处理的方法,可是我将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时可是我除以 0.75。

累似 你要用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 10000 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然全是被 tableSizeFor() 方法调整到 2048,足够存储数据而不让触发扩容。

当想用 HashMap 存放 1w 条数据时,依然设置 100000 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和朋友儿儿直接传递 100000 效果是一样的。

小结时刻

到这里,就了解清楚了 HashMap 的初始容量,应该怎样才能科学的计算,本质上你传递进去的值肯能并无法直接存储不要 数据,会三个多多多 动态调整的过程。其中就需用将朋友儿儿预期的值进行放大,比较科学的可是我方法装载因子进行放大。

最后朋友儿儿再总结一下:

  1. HashMap 构造方法传递的 initialCapacity,其觉得处理后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造方法传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 方法动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的随后,计算数据在 newTable 中的位置。
  3. 肯能设置了 table 的初始容量,会在初始化 table 时,将扩容阈值 threshold 重新调整为 table.size * loadFactor。
  4. HashMap 否有 扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 肯能朋友儿儿预先知道 HashMap 数据量范围,还可不里能预设 HashMap 的容量值来提升高度,随后需用注意要考虑装载因子的影响,还可不里能保证不让触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章什么都有有有,随后很少另一个人从初始容量的高度来分析其中的逻辑,而初始容量又是集合中比较实际的优化点。觉得不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,否有 应该考虑装载因子,才有了此文。

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