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 1000,处里 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(1000)
// for (int i = 0; i < 1000; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 否是大伙儿最常用的集合之一,嘴笨 对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,但会 HashMap 依然是最常用的。

大伙儿通过 HashMap 来存储 Key-Value 你这名 键值对形式的数据,其内内外部通过哈希表,让存取速度最好时还要达到 O(1),而又肯能肯能发生的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的内外部,让速度最差也差不过 O(logn)。

整体来说,HashMap 作为一款工业级的哈希表内外部,速度还是有保障的。

编程语言提供的集合类,嘴笨 底层还是基于数组、链表你这名 最基本的数据内外部,但会 和大伙儿直接使用数组不同,集合在容量缺陷时,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。那肯还要够提前取舍集合将要存储的数据量范围,就还要通过构造妙招 ,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題,肯能使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续大伙儿立即存入 1w 条数据,否是是符合与其无需触发扩容呢?

在分析你这名 问題前,也不 们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了哪几个?

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,提供了有有一2个指定初始容量的构造妙招 HashMap(int initialCapacity),你这名 妙招 最终会调用到 HashMap 也不 构造妙招 ,其中的参数 loadFactor 也不默认值 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 也不用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也也不说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造妙招 的逻辑还要看出,HashMap 并也有直接使用内外部传递进来的 initialCapacity,也不经过了 tableSizeFor() 妙招 的处里,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() 妙招 中,通过逐步位运算,就还要让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的你要,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

沒有当大伙儿从内外部传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 妙招 处里你要,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)。

你这名 场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,也有也不会触发大伙儿猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当大伙儿把初始容量,调整到 100 时,情况又不一样了,情况具体分析。

再回到 HashMap 的构造妙招 ,threshold 为扩容的阈值,在构造妙招 中由 tableSizeFor() 妙招 调整后直接赋值,全都在构造 HashMap 时,肯能传递 100,threshold 调整后的值嘴笨 是 1024,但 HashMap 也有也不直接使用它。

仔细想想就会知道,初始化时决定了 threshold 值,但其装载因子(loadFactor)并沒有参与运算,那在中间具体逻辑的你要,HashMap 是何如处里的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,也有通过成员变量 table 数组来存储的,在 JDK 1.7 和 1.8 中嘴笨 table 的类型有所不同,但会 数组你这名 基本内外部并沒有变化。沒有 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,也不:

table.size == threshold * loadFactor

那你这名 table 是在哪几个你要初始化的呢?这就要说会到大伙儿总爱在回避的问題,HashMap 的扩容。

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

当大伙儿首次调用 HashMap 的 put() 妙招 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() 妙招 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() 妙招 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,全都我将初始化 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,全都发生旧和新两组数据。

当大伙儿指定了初始容量,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,也也不新创建的 table 会是大伙儿构造的 HashMap 时指定的容量值。

你要会进入代码 的逻辑,其中就通过装载因子(loadFactor)调整了新的阈值(newThr),当然这里也做了一点限制还要让 newThr 在有有一2个合法的范围内。

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,嘴笨 大伙儿在初始化时,传递进来的 initialCapacity 嘴笨 被赋值给 threshold,但会 它实际是 table 的尺寸,但会 最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

沒有回到你要的问題也有答案了,嘴笨 HashMap 初始容量指定为 100,但会 它也不表示 table 数组为 100,扩容的重要妙招 扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是缺陷以承载 100 条数据的,最终在存够 1k 条数据你要,总要触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量也有根据业务来的,而无需是有有一2个固定值,为此大伙儿还要有有一2个多特殊处里的妙招 ,也不将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时也不除以 0.75。

之类你要用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 100 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然总要被 tableSizeFor() 妙招 调整到 2048,足够存储数据而无需触发扩容。

当想用 HashMap 存放 1w 条数据时,依然设置 1000 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和大伙儿直接传递 1000 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,应该何如科学的计算,本质上你传递进去的值肯能并无法直接存储沒有多数据,会有有一2个多动态调整的过程。其中就还要将大伙儿预期的值进行放大,比较科学的也不妙招 装载因子进行放大。

最后大伙儿再总结一下:

  1. HashMap 构造妙招 传递的 initialCapacity,嘴笨 在处里后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造妙招 传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 妙招 动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的你要,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 否是是扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 肯能大伙儿预先知道 HashMap 数据量范围,还要预设 HashMap 的容量值来提升速度,但会 还要注意要考虑装载因子的影响,可否保证无需触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章全都,但会 很少一群人从初始容量的宽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。嘴笨 不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,否是是应该考虑装载因子,才有了此文。

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