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 20000,防止 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(20000)
// for (int i = 0; i < 20000; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 否是当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿最常用的集合之一,着实对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,然后 HashMap 依然是最常用的。

当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿通过 HashMap 来存储 Key-Value 一点键值对形式的数据,其内控 通过哈希表,让存取速率最好时都都能不能 达到 O(1),而又肯能肯能位于的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的社会形态,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社会形态,速率还是有保障的。

编程语言提供的集合类,着实底层还是基于数组、链表一点最基本的数据社会形态,然后和当我们当我们当我们当我们当我们当我们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,是同类「较重」的操作。那肯都都能不能 够提前选折 集合将要存储的数据量范围,就都都能不能 通过构造最好的办法,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题,肯能使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿立即存入 1w 条数据,否是是符合与其不想触发扩容呢?

在分析一点问题前,那当我们当我们当我们当我们当我们当我们先来看看,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,提供了一两个 指定初始容量的构造最好的办法 HashMap(int initialCapacity),一点最好的办法最终会调用到 HashMap 那我构造最好的办法,其中的参数 loadFactor 什么都 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 什么都 用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也什么都 说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造最好的办法的逻辑都都能不能 看出,HashMap 并不一定是直接使用内控 传递进来的 initialCapacity,什么都 经过了 tableSizeFor() 最好的办法的防止,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() 最好的办法中,通过逐步位运算,就都都能不能 让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的刚刚,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

没人当我们当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿从内控 传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 最好的办法防止刚刚,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)。

一点场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,并不一定会触发当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当我们当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿把初始容量,调整到 2000 时,情况又不一样了,情况具体分析。

再回到 HashMap 的构造最好的办法,threshold 为扩容的阈值,在构造最好的办法中由 tableSizeFor() 最好的办法调整后直接赋值,什么都在构造 HashMap 时,肯能传递 2000,threshold 调整后的值着实是 1024,但 HashMap 并不一定直接使用它。

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,那在上方具体逻辑的刚刚,HashMap 是怎么防止的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,都不 通过成员变量 table 数组来存储的,在 JDK 1.7 和 1.8 中着实 table 的类型有所不同,然后数组一点基本社会形态并没人变化。没人 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,什么都 :

table.size == threshold * loadFactor

那一点 table 是在哪些刚刚初始化的呢?这就要说会到当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿一直在回避的问题,HashMap 的扩容。

在 HashMap 中,动态扩容的逻辑在 resize() 最好的办法中。一点最好的办法不仅仅承担了 table 的扩容,它还承担了 table 的初始化。

当我们当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿首次调用 HashMap 的 put() 最好的办法存数据时,肯能发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 最好的办法中。

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() 最好的办法中,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,什么都我将初始化 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,什么都位于旧和新两组数据。

当我们当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿指定了初始容量,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,也什么都 新创建的 table 会是当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿构造的 HashMap 时指定的容量值。

以一定会进入代码 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需用让 newThr 在一两个 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,着实当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿在初始化时,传递进来的 initialCapacity 着实被赋值给 threshold,然后它实际是 table 的尺寸,然后最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

没人回到刚刚的问题都不 答案了,着实 HashMap 初始容量指定为 2000,然后它什么都 表示 table 数组为 2000,扩容的重要最好的办法扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是不够以承载 2000 条数据的,最终在存够 1k 条数据刚刚,一定会触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量都不 根据业务来的,而不想是一两个 固定值,为此当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿需用有一两个 特殊防止的最好的办法,什么都 将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时什么都 除以 0.75。

同类让你用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 2000 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然一定会被 tableSizeFor() 最好的办法调整到 2048,足够存储数据而不想触发扩容。

当想用 HashMap 存放 1w 条数据时,依然设置 20000 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿直接传递 20000 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满数据,会有一两个 动态调整的过程。其中就需用将当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿预期的值进行放大,比较科学的什么都 最好的办法装载因子进行放大。

最后当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿再总结一下:

  1. HashMap 构造最好的办法传递的 initialCapacity,着实在防止后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造最好的办法传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 最好的办法动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的刚刚,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. 肯能当我们当我们当我们当我们当我们当我们儿预先知道 HashMap 数据量范围,都都能不能 预设 HashMap 的容量值来提升速率,然后需用注意要考虑装载因子的影响,不都都能不能 保证不想触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章什么都,然后很少没人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。着实不少人也搞不清楚,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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