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

Java 集合的扩容

HashMap 算不算亲们最常用的集合之一,嘴笨 对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,而且 HashMap 依然是最常用的。

亲们通过 HashMap 来存储 Key-Value 你你你这个 键值对形式的数据,其实物通过哈希表,让存取传输速度最好时也能达到 O(1),而又肯能肯能占据 的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的形态学 ,让传输速度最差也差不过 O(logn)。

整体来说,HashMap 作为一款工业级的哈希表形态学 ,传输速度还是有保障的。

编程语言提供的集合类,嘴笨 底层还是基于数组、链表你你你这个 最基本的数据形态学 ,而且 和亲们直接使用数组不同,集合在容量缺乏时,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。那肯能也能提前挑选集合将要存储的数据量范围,就也能通过构造土办法,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題,肯能使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续亲们立即存入 1w 条数据,算不算符合与其太久再触发扩容呢?

在分析你你你这个 问題前,曾经们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了有哪些?

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,提供了曾经指定初始容量的构造土办法 HashMap(int initialCapacity),你你你这个 土办法最终会调用到 HashMap 曾经构造土办法,其中的参数 loadFactor 假如默认值 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 假如用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也假如说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造土办法的逻辑也能看出,HashMap 并也有直接使用实物传递进来的 initialCapacity,假如经过了 tableSizeFor() 土办法的处置,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() 土办法中,通过逐步位运算,就也能让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的后后,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

这麼当亲们从实物传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 土办法处置后后,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)。

你你你这个 场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,太久会触发亲们猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当亲们把初始容量,调整到 100 时,具体情况又不一样了,具体具体情况具体分析。

再回到 HashMap 的构造土办法,threshold 为扩容的阈值,在构造土办法中由 tableSizeFor() 土办法调整后直接赋值,好多好多 在构造 HashMap 时,肯能传递 100,threshold 调整后的值嘴笨 是 1024,但 HashMap 太久直接使用它。

仔细想想就会知道,初始化时决定了 threshold 值,但其装载因子(loadFactor)并这麼参与运算,那在上方具体逻辑的后后,HashMap 是何如处置的呢?

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,而且 数组你你你这个 基本形态学 并这麼变化。这麼 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,假如:

table.size == threshold * loadFactor

那你你你这个 table 是在有哪些后后初始化的呢?这就要说会到亲们无缘无故在回避的问題,HashMap 的扩容。

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

当亲们首次调用 HashMap 的 put() 土办法存数据时,肯能发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 土办法中。

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() 土办法中,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,好多好多 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,好多好多 占据 旧和新两组数据。

当亲们指定了初始容量,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,也假如新创建的 table 会是亲们构造的 HashMap 时指定的容量值。

后后会进入代码 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必须让 newThr 在曾经合法的范围内。

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

这麼回到后后的问題也有答案了,嘴笨 HashMap 初始容量指定为 100,而且 它假如表示 table 数组为 100,扩容的重要土办法扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是缺乏以承载 100 条数据的,最终在存够 1k 条数据后后,后该 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,而太久再是曾经固定值,为此亲们必须有曾经特殊处置的土办法,假如将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时假如除以 0.75。

类似我应该 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,后后该 被 tableSizeFor() 土办法调整到 2048,足够存储数据而太久再触发扩容。

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,和亲们直接传递 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太久数据,会有曾经动态调整的过程。其中就必须将亲们预期的值进行放大,比较科学的假如土办法装载因子进行放大。

最后亲们再总结一下:

  1. HashMap 构造土办法传递的 initialCapacity,嘴笨 在处置后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造土办法传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 土办法动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的后后,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 算不算扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 肯能亲们预先知道 HashMap 数据量范围,也能预设 HashMap 的容量值来提升传输速度,而且 必须注意要考虑装载因子的影响,也能保证太久再触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章好多好多 ,而且 很少一群人从初始容量的深度图来分析其中的逻辑,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,算不算应该考虑装载因子,才有了此文。

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