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 111500,解决 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(111500)
// for (int i = 0; i < 111500; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 有无亲戚亲戚朋友儿最常用的集合之一,人太好对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,有如果 HashMap 依然是最常用的。

亲戚亲戚朋友儿通过 HashMap 来存储 Key-Value 这个 键值对形式的数据,其内部管理通过哈希表,让存取时延最好时能并能达到 O(1),而又将会将会位于的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的形状,让时延最差也差不过 O(logn)。

整体来说,HashMap 作为一款工业级的哈希表形状,时延还是有保障的。

编程语言提供的集合类,人太好底层还是基于数组、链表这个 最基本的数据形状,有如果和亲戚亲戚朋友儿直接使用数组不同,集合在容量不够时,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,是五种「较重」的操作。那将会并能提前选折 集合将要存储的数据量范围,就能并能通过构造方法 ,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问题报告 报告 ,将会使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续亲戚亲戚朋友儿立即存入 1w 条数据,有无符合与其后会触发扩容呢?

在分析这个 问题报告 报告 前,这么 们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了这个 ?

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,提供了有三个小 指定初始容量的构造方法 HashMap(int initialCapacity),这个 方法 最终会调用到 HashMap 这么 构造方法 ,其中的参数 loadFactor 就说 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 就说 用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也就说 说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造方法 的逻辑能并能看出,HashMap 并都会 直接使用内部管理传递进来的 initialCapacity,就说 经过了 tableSizeFor() 方法 的解决,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,就能并能让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的这么 ,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

这么 当亲戚亲戚朋友儿从内部管理传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 方法 解决这么 ,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)。

这个 场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,之就说 会触发亲戚亲戚朋友儿猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当亲戚亲戚朋友儿把初始容量,调整到 11150 时,情況又不一样了,具体情況具体分析。

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,就说 在构造 HashMap 时,将会传递 11150,threshold 调整后的值人太好是 1024,但 HashMap 之就说 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)并这么 参与运算,那在里边具体逻辑的这么 ,HashMap 是如可解决的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,都会 通过成员变量 table 数组来存储的,在 JDK 1.7 和 1.8 中人太好 table 的类型有所不同,有如果数组这个 基本形状并这么 变化。这么 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,就说 :

table.size == threshold * loadFactor

那这个 table 是在这个 这么 初始化的呢?这就要说会到亲戚亲戚朋友儿突然在回避的问题报告 报告 ,HashMap 的扩容。

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

当亲戚亲戚朋友儿首次调用 HashMap 的 put() 方法 存数据时,将会发现 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。

将会 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,就说 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,就说 位于旧和新两组数据。

当亲戚亲戚朋友儿指定了初始容量,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,也就说 新创建的 table 会是亲戚亲戚朋友儿构造的 HashMap 时指定的容量值。

这么 会进入代码 的逻辑,其中就通过装载因子(loadFactor)调整了新的阈值(newThr),当然这里也做了有些限制时要让 newThr 在有三个小 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,人太好亲戚亲戚朋友儿在初始化时,传递进来的 initialCapacity 人太好被赋值给 threshold,有如果它实际是 table 的尺寸,有如果最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

这么 回到这么 的问题报告 报告 都会 答案了,人太好 HashMap 初始容量指定为 11150,有如果它就说 表示 table 数组为 11150,扩容的重要方法 扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是不够以承载 11150 条数据的,最终在存够 1k 条数据这么 ,都会触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量都会 根据业务来的,而后会是有三个小 固定值,为此亲戚亲戚朋友儿时要有有三个小 特殊解决的方法 ,就说 将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时就说 除以 0.75。

这类我想要 用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 11150 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然都会被 tableSizeFor() 方法 调整到 2048,足够存储数据而后会触发扩容。

当想用 HashMap 存放 1w 条数据时,依然设置 111500 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和亲戚亲戚朋友儿直接传递 111500 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,应该如可科学的计算,本质上你传递进去的值将会并无法直接存储这么 多数据,会有有三个小 动态调整的过程。其中就时要将亲戚亲戚朋友儿预期的值进行放大,比较科学的就说 方法 装载因子进行放大。

最后亲戚亲戚朋友儿再总结一下:

  1. HashMap 构造方法 传递的 initialCapacity,人太好在解决后被存入了 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,以方便在扩容的这么 ,计算数据在 newTable 中的位置。
  3. 将会设置了 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 有无扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 将会亲戚亲戚朋友儿预先知道 HashMap 数据量范围,能并能预设 HashMap 的容量值来提升时延,有如果时要注意要考虑装载因子的影响,并能保证后会触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章就说 ,有如果很少村里人 从初始容量的角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。人太好不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,有无应该考虑装载因子,才有了此文。

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