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 500,处理 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(500)
// for (int i = 0; i < 500; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 否是一些人最常用的集合之一,我真是对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,就让 HashMap 依然是最常用的。

一些人通过 HashMap 来存储 Key-Value 你这人 键值对形式的数据,其内部管理通过哈希表,让存取速率最好时后能 达到 O(1),而又就让就让所处的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的形态,让速率最差也差不过 O(logn)。

整体来说,HashMap 作为一款工业级的哈希表形态,速率还是有保障的。

编程语言提供的集合类,我真是底层还是基于数组、链表你这人 最基本的数据形态,就让和一些人直接使用数组不同,集合在容量匮乏时,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,是有一种「较重」的操作。那然后能 够提前挑选集合将要存储的数据量范围,就后能 通过构造土妙招 ,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,就让使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续一些人立即存入 1w 条数据,否是符合与其不需要触发扩容呢?

在分析你这人 问題前,那一些人先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了哪些?

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,提供了好几个 指定初始容量的构造土妙招 HashMap(int initialCapacity),你这人 土妙招 最终会调用到 HashMap 原来构造土妙招 ,其中的参数 loadFactor 只是我默认值 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 只是我用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也只是我说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造土妙招 的逻辑后能 看出,HashMap 并也有直接使用内部管理传递进来的 initialCapacity,只是我经过了 tableSizeFor() 土妙招 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() 土妙招 中,通过逐步位运算,就后能 让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的事先,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

没办法 当一些人从内部管理传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 土妙招 处理事先,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)。

你这人 场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,太多会触发一些人猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当一些人把初始容量,调整到 50 时,情況又不一样了,具体情況具体分析。

再回到 HashMap 的构造土妙招 ,threshold 为扩容的阈值,在构造土妙招 中由 tableSizeFor() 土妙招 调整后直接赋值,所以在构造 HashMap 时,就让传递 50,threshold 调整后的值我我真是是 1024,但 HashMap 太多直接使用它。

仔细想想就会知道,初始化时决定了 threshold 值,但其装载因子(loadFactor)并没办法 参与运算,那在里面具体逻辑的事先,HashMap 是怎么才能 才能 处理的呢?

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 中我真是 table 的类型有所不同,就让数组你这人 基本形态并没办法 变化。没办法 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,只是我:

table.size == threshold * loadFactor

那你这人 table 是在哪些事先初始化的呢?这就要说会到一些人总爱在回避的问題,HashMap 的扩容。

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

当一些人首次调用 HashMap 的 put() 土妙招 存数据时,就让发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 土妙招 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() 土妙招 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。

就让 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,所以我将初始化 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,所以所处旧和新两组数据。

当一些人指定了初始容量,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,也只是我新创建的 table 会是一些人构造的 HashMap 时指定的容量值。

之也有进入代码 的逻辑,其中就通过装载因子(loadFactor)调整了新的阈值(newThr),当然这里也做了一些限制都要让 newThr 在好几个 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,我真是一些人在初始化时,传递进来的 initialCapacity 我真是被赋值给 threshold,就让它实际是 table 的尺寸,就让最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

没办法 回到事先的问題也有答案了,我真是 HashMap 初始容量指定为 50,就让它只是我表示 table 数组为 50,扩容的重要土妙招 扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是匮乏以承载 50 条数据的,最终在存够 1k 条数据事先,也有触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量也有根据业务来的,而不需只是好几个 固定值,为此一些人都要有好几个 特殊处理的土妙招 ,只是我将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时只是我除以 0.75。

累似 你后能 用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 50 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然也有被 tableSizeFor() 土妙招 调整到 2048,足够存储数据而不需要触发扩容。

当想用 HashMap 存放 1w 条数据时,依然设置 500 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和一些人直接传递 500 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,应该怎么才能 才能 科学的计算,本质上你传递进去的值就让并无法直接存储没办法 多数据,会有好几个 动态调整的过程。其中就都要将一些人预期的值进行放大,比较科学的只是我土妙招 装载因子进行放大。

最后一些人再总结一下:

  1. HashMap 构造土妙招 传递的 initialCapacity,我真是在处理后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造土妙招 传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 土妙招 动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的事先,计算数据在 newTable 中的位置。
  3. 就让设置了 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 否是扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 就让一些人预先知道 HashMap 数据量范围,后能 预设 HashMap 的容量值来提升速率,就让都要注意要考虑装载因子的影响,才能保证不需要触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章所以,就让很少另一个人从初始容量的层厚来分析其中的逻辑,而初始容量又是集合中比较实际的优化点。我我真是不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,否是应该考虑装载因子,才有了此文。

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