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 40000,外理 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(40000)
// for (int i = 0; i < 40000; i++)

Java 集合的扩容

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

亲戚亲戚亲戚亲戚朋友通过 HashMap 来存储 Key-Value 这个键值对形式的数据,其內部通过哈希表,让存取数率最好时还才能 达到 O(1),而又肯能肯能发生的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的內部,让数率最差也差不过 O(logn)。

整体来说,HashMap 作为一款工业级的哈希表內部,数率还是有保障的。

编程语言提供的集合类,着实底层还是基于数组、链表这个最基本的数据內部,或者和亲戚亲戚亲戚亲戚朋友直接使用数组不同,集合在容量过低时,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,是有有一种「较重」的操作。那肯还才能 够提前选泽 集合将要存储的数据量范围,就还才能 通过构造方式,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图片,肯能使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续亲戚亲戚亲戚亲戚朋友立即存入 1w 条数据,是否符合与其不不触发扩容呢?

在分析这个问题图片前,好几个 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,提供了好几个 指定初始容量的构造方式 HashMap(int initialCapacity),这个方式最终会调用到 HashMap 好几个 构造方式,其中的参数 loadFactor 不不 不不 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 不不 不不 用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,很久要 不不 说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造方式的逻辑还才能 看出,HashMap 并都有直接使用內部传递进来的 initialCapacity,不不 不不 经过了 tableSizeFor() 方式的外理,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() 方式中,通过逐步位运算,就还才能 让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的前一天,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

没人 当亲戚亲戚亲戚亲戚朋友从內部传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 方式外理前一天,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)。

这个场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,并不不触发亲戚亲戚亲戚亲戚朋友猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当亲戚亲戚亲戚亲戚朋友把初始容量,调整到 4000 时,情况报告又不一样了,情况报告报告具体分析。

再回到 HashMap 的构造方式,threshold 为扩容的阈值,在构造方式中由 tableSizeFor() 方式调整后直接赋值,不不 不不 在构造 HashMap 时,肯能传递 4000,threshold 调整后的值着实是 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)并没人 参与运算,那在上面具体逻辑的前一天,HashMap 是咋样外理的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,都有通过成员变量 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,或者数组这个基本內部并没人 变化。没人 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,不不 不不 :

table.size == threshold * loadFactor

那这个 table 是在有哪些前一天初始化的呢?这就要说会到亲戚亲戚亲戚亲戚朋友好几个 劲在回避的问题图片,HashMap 的扩容。

在 HashMap 中,动态扩容的逻辑在 resize() 方式中。这个方式不仅仅承担了 table 的扩容,它还承担了 table 的初始化。

当亲戚亲戚亲戚亲戚朋友首次调用 HashMap 的 put() 方式存数据时,肯能发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 方式中。

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() 方式中,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,不不 不不 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,不不 不不 发生旧和新两组数据。

当亲戚亲戚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,很久要 不不 新创建的 table 会是亲戚亲戚亲戚亲戚朋友构造的 HashMap 时指定的容量值。

前一天会进入代码 的逻辑,其中就通过装载因子(loadFactor)调整了新的阈值(newThr),当然这里也做了或者 限制须要让 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,着实亲戚亲戚亲戚亲戚朋友在初始化时,传递进来的 initialCapacity 着实被赋值给 threshold,或者它实际是 table 的尺寸,或者最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

没人 回到前一天的问题图片都有答案了,着实 HashMap 初始容量指定为 4000,或者它不不 不不 表示 table 数组为 4000,扩容的重要方式扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是过低以承载 4000 条数据的,最终在存够 1k 条数据前一天,都有触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量都有根据业务来的,而不是否好几个 固定值,为此亲戚亲戚亲戚亲戚朋友须要好几个 特殊外理的方式,不不 不不 将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时不不 不不 除以 0.75。

类似于你会用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 4000 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然都有被 tableSizeFor() 方式调整到 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 40000 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和亲戚亲戚亲戚亲戚朋友直接传递 40000 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,应该咋样科学的计算,本质上你传递进去的值肯能并无法直接存储没人 多数据,会好几个 动态调整的过程。其中就须要将亲戚亲戚亲戚亲戚朋友预期的值进行放大,比较科学的不不 不不 方式装载因子进行放大。

最后亲戚亲戚亲戚亲戚朋友再总结一下:

  1. HashMap 构造方式传递的 initialCapacity,着实在外理后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造方式传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 方式动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的前一天,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 是否扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 肯能亲戚亲戚亲戚亲戚朋友预先知道 HashMap 数据量范围,还才能 预设 HashMap 的容量值来提升数率,或者须要注意要考虑装载因子的影响,才能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,市面上优秀的文章不不 不不 ,或者很少他们从初始容量的深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,是否应该考虑装载因子,才有了此文。

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