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,出理

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

Java 集合的扩容

HashMap 是否亲戚亲戚朋友最常用的集合之一,虽然对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,你这一我 HashMap 依然是最常用的。

亲戚亲戚朋友通过 HashMap 来存储 Key-Value 你这一键值对形式的数据,其内控 通过哈希表,让存取带宽最好时可不不不 达到 O(1),而又可能性可能性居于的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的内控 ,让带宽最差也差不过 O(logn)。

整体来说,HashMap 作为一款工业级的哈希表内控 ,带宽还是有保障的。

编程语言提供的集合类,虽然底层还是基于数组、链表你这一最基本的数据内控 ,你这一我和亲戚亲戚朋友直接使用数组不同,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,是这一「较重」的操作。那可能性不不 提前取舍集合将要存储的数据量范围,就可不不不 通过构造土土依据,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大问提,可能性使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续亲戚亲戚朋友立即存入 1w 条数据,是是否符合与其不不触发扩容呢?

在分析你这一大问提前,另好几个 们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了那些?

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土依据 HashMap(int initialCapacity),你这一土土依据最终会调用到 HashMap 另好几个 构造土土依据,其中的参数 loadFactor 你这一我默认值 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 你这一我用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也你这一我说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造土土依据的逻辑可不不不 看出,HashMap 并可不可以 直接使用内控 传递进来的 initialCapacity,你这一我经过了 tableSizeFor() 土土依据的出理 ,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() 土土依据中,通过逐步位运算,就可不不不 让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的之前 ,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

没人 当亲戚亲戚朋友从内控 传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 土土依据出理 之前 ,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)。

你这一场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,暂且会触发亲戚亲戚朋友猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当亲戚亲戚朋友把初始容量,调整到 50 时,请况又不一样了,具体请况具体分析。

再回到 HashMap 的构造土土依据,threshold 为扩容的阈值,在构造土土依据中由 tableSizeFor() 土土依据调整后直接赋值,你这一在构造 HashMap 时,可能性传递 50,threshold 调整后的值虽然是 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)并没人 参与运算,那在后面 具体逻辑的之前 ,HashMap 是如何出理 的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,可不可以 通过成员变量 table 数组来存储的,在 JDK 1.7 和 1.8 中虽然 table 的类型有所不同,你这一我数组你这一基本内控 并没人 变化。没人 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,你这一我:

table.size == threshold * loadFactor

那你这一 table 是在那些之前 初始化的呢?这就要说会到亲戚亲戚朋友总爱在回避的大问提,HashMap 的扩容。

在 HashMap 中,动态扩容的逻辑在 resize() 土土依据中。你这一土土依据不仅仅承担了 table 的扩容,它还承担了 table 的初始化。

当亲戚亲戚朋友首次调用 HashMap 的 put() 土土依据存数据时,可能性发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 土土依据中。

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() 土土依据中,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。

可能性 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,你这一我将初始化 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,你这一居于旧和新两组数据。

当亲戚亲戚朋友指定了初始容量,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,也你这一我新创建的 table 会是亲戚亲戚朋友构造的 HashMap 时指定的容量值。

之前 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),当然这里也做了你这一限制必须让 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,虽然亲戚亲戚朋友在初始化时,传递进来的 initialCapacity 虽然被赋值给 threshold,你这一我它实际是 table 的尺寸,你这一我最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

没人 回到之前 的大问提可不可以 答案了,虽然 HashMap 初始容量指定为 50,你这一我它你这一我表示 table 数组为 50,扩容的重要土土依据扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是缺乏以承载 50 条数据的,最终在存够 1k 条数据之前 ,可不可以 触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量可不可以 根据业务来的,而不是否好几个 固定值,为此亲戚亲戚朋友必须好几个 特殊出理 的土土依据,你这一我将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时你这一我除以 0.75。

这一想要用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 50 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,你这一我会被 tableSizeFor() 土土依据调整到 2048,足够存储数据而不不触发扩容。

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,和亲戚亲戚朋友直接传递 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,应该如何科学的计算,本质上你传递进去的值可能性并无法直接存储没人 多数据,会好几个 动态调整的过程。其中就必须将亲戚亲戚朋友预期的值进行放大,比较科学的你这一我土土依据装载因子进行放大。

最后亲戚亲戚朋友再总结一下:

  1. HashMap 构造土土依据传递的 initialCapacity,虽然在出理 后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造土土依据传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 土土依据动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的之前 ,计算数据在 newTable 中的位置。
  3. 可能性设置了 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 是是否扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 可能性亲戚亲戚朋友预先知道 HashMap 数据量范围,可不不不 预设 HashMap 的容量值来提升带宽,你这一我必须注意要考虑装载因子的影响,不不 保证不不触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章你这一,你这一我很少大家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。虽然不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,是是否应该考虑装载因子,才有了此文。

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