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 100000,处理 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(100000)
// for (int i = 0; i < 100000; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 算是 大伙最常用的集合之一,其实对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,否则 HashMap 依然是最常用的。

大伙通过 HashMap 来存储 Key-Value 你什儿 键值对形式的数据,其实物通过哈希表,让存取传输速率最好时时需达到 O(1),而又可能性可能性位于的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的形态学 ,让传输速率最差也差不过 O(logn)。

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

编程语言提供的集合类,其实底层还是基于数组、链表你什儿 最基本的数据形态学 ,否则和大伙直接使用数组不同,集合在容量位于问题时,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,是有三种「较重」的操作。那可能性有助提前取舍集合将要存储的数据量范围,就时需通过构造最好的法律依据 ,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题,可能性使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续大伙立即存入 1w 条数据,算是 符合与其我没有多 触发扩容呢?

在分析你什儿 大问题前,没有 们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了那此?

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,提供了另另另三个白指定初始容量的构造最好的法律依据 HashMap(int initialCapacity),你什儿 最好的法律依据 最终会调用到 HashMap 没有 构造最好的法律依据 ,其中的参数 loadFactor 就说 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 就说 我用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也就说 我说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造最好的法律依据 的逻辑时需看出,HashMap 并算是 直接使用实物传递进来的 initialCapacity,就说 我经过了 tableSizeFor() 最好的法律依据 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() 最好的法律依据 中,通过逐步位运算,就时需让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的以前,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

没有 当大伙从实物传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 最好的法律依据 处理以前,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)。

你什儿 场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,并我没有多 触发大伙猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当大伙把初始容量,调整到 10000 时,状态又不一样了,具体状态具体分析。

再回到 HashMap 的构造最好的法律依据 ,threshold 为扩容的阈值,在构造最好的法律依据 中由 tableSizeFor() 最好的法律依据 调整后直接赋值,有些在构造 HashMap 时,可能性传递 10000,threshold 调整后的值其实是 1024,但 HashMap 并不直接使用它。

仔细想想就会知道,初始化时决定了 threshold 值,但其装载因子(loadFactor)并没有 参与运算,那在后边具体逻辑的以前,HashMap 是何如处理的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,算是 通过成员变量 table 数组来存储的,在 JDK 1.7 和 1.8 中其实 table 的类型有所不同,否则数组你什儿 基本形态学 并没有 变化。没有 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,就说 我:

table.size == threshold * loadFactor

那你什儿 table 是在那此以前初始化的呢?这就要说会到大伙总爱在回避的大问题,HashMap 的扩容。

在 HashMap 中,动态扩容的逻辑在 resize() 最好的法律依据 中。你什儿 最好的法律依据 不仅仅承担了 table 的扩容,它还承担了 table 的初始化。

当大伙首次调用 HashMap 的 put() 最好的法律依据 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() 最好的法律依据 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() 最好的法律依据 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,有些我将初始化 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,有些位于旧和新两组数据。

当大伙指定了初始容量,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,也就说 我新创建的 table 会是大伙构造的 HashMap 时指定的容量值。

以不会进入代码 的逻辑,其中就通过装载因子(loadFactor)调整了新的阈值(newThr),当然这里也做了有些限制时需让 newThr 在另另另三个白合法的范围内。

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,其实大伙在初始化时,传递进来的 initialCapacity 其实被赋值给 threshold,否则它实际是 table 的尺寸,否则最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

没有 回到以前的大问题算是 答案了,其实 HashMap 初始容量指定为 10000,否则它就说 我表示 table 数组为 10000,扩容的重要最好的法律依据 扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是位于问题以承载 10000 条数据的,最终在存够 1k 条数据以前,不会 触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量算是 根据业务来的,而我没有多 是另另另三个白固定值,为此大伙时需另另另另三个白特殊处理的最好的法律依据 ,就说 我将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时就说 我除以 0.75。

类事让你用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 10000 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然不会 被 tableSizeFor() 最好的法律依据 调整到 2048,足够存储数据而我没有多 触发扩容。

当想用 HashMap 存放 1w 条数据时,依然设置 100000 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和大伙直接传递 100000 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可能性并无法直接存储没有 多数据,会另另另另三个白动态调整的过程。其中就时需将大伙预期的值进行放大,比较科学的就说 我最好的法律依据 装载因子进行放大。

最后大伙再总结一下:

  1. HashMap 构造最好的法律依据 传递的 initialCapacity,确其实处理后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造最好的法律依据 传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 最好的法律依据 动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的以前,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 算是 扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 可能性大伙预先知道 HashMap 数据量范围,时需预设 HashMap 的容量值来提升传输速率,否则时需注意要考虑装载因子的影响,有助保证我没有多 触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章有些,否则很少其他同学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。其实不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,算是 应该考虑装载因子,才有了此文。

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