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

Java 集合的扩容

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

当我们通过 HashMap 来存储 Key-Value 你这个 键值对形式的数据,其实物通过哈希表,让存取效率最好时可不时需达到 O(1),而又因此因此发生的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的底部形态,让效率最差也差不过 O(logn)。

整体来说,HashMap 作为一款工业级的哈希表底部形态,效率还是有保障的。

编程语言提供的集合类,其实底层还是基于数组、链表你这个 最基本的数据底部形态,因此和当我们直接使用数组不同,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,是有有一种「较重」的操作。那因此都都都还可以提前选取集合将要存储的数据量范围,就可不时需通过构造方式,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,因此使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续当我们立即存入 1w 条数据,算是符合与其我没人多 触发扩容呢?

在分析你这个 问题前,可是们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了那先 ?

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,提供了一一一好几个 多多多 指定初始容量的构造方式 HashMap(int initialCapacity),你这个 方式最终会调用到 HashMap 可是构造方式,其中的参数 loadFactor 可是默认值 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 也我没人多 来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也可是说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造方式的逻辑可不时需看出,HashMap 并也有直接使用实物传递进来的 initialCapacity,可是经过了 tableSizeFor() 方式的防止,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() 方式中,通过逐步位运算,就可不时需让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的如果,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

没人当当我们从实物传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 方式防止如果,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)。

你这个 场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,并非 会触发当我们猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当当我们把初始容量,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,什么都有有在构造 HashMap 时,因此传递 10000,threshold 调整后的值其实是 1024,但 HashMap 并非 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,那在上端具体逻辑的如果,HashMap 是如保防止的呢?

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 中其实 table 的类型有所不同,因此数组你这个 基本底部形态并没人变化。没人 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,可是:

table.size == threshold * loadFactor

那你这个 table 是在那先 如果初始化的呢?这就要说会到当我们时不时在回避的问题,HashMap 的扩容。

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

当当我们首次调用 HashMap 的 put() 方式存数据时,因此发现 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。

因此 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,什么都有有我将初始化 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,什么都有有发生旧和新两组数据。

当当我们指定了初始容量,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,也可是新创建的 table 会是当我们构造的 HashMap 时指定的容量值。

如果会进入代码 的逻辑,其中就通过装载因子(loadFactor)调整了新的阈值(newThr),当然这里也做了某些限制时需让 newThr 在一一一好几个 多多多 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,其实当我们在初始化时,传递进来的 initialCapacity 其实被赋值给 threshold,因此它实际是 table 的尺寸,因此最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

没人回到如果的问题也有答案了,其实 HashMap 初始容量指定为 10000,因此它可是表示 table 数组为 10000,扩容的重要方式扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是不够以承载 10000 条数据的,最终在存够 1k 条数据如果,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,而我没人多 是一一一好几个 多多多 固定值,为此当我们时需一一一好几个 多多多多 特殊防止的方式,可是将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时可是除以 0.75。

类似于愿意用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 10000 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然也有被 tableSizeFor() 方式调整到 2048,足够存储数据而我没人多 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,和当我们直接传递 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,应该如保科学的计算,本质上你传递进去的值因此并无法直接存储没人多数据,会一一一好几个 多多多多 动态调整的过程。其中就时需将当我们预期的值进行放大,比较科学的可是方式装载因子进行放大。

最后当我们再总结一下:

  1. HashMap 构造方式传递的 initialCapacity,确其实防止后被存入了 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,以方便在扩容的如果,计算数据在 newTable 中的位置。
  3. 因此设置了 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. 因此当我们预先知道 HashMap 数据量范围,可不时需预设 HashMap 的容量值来提升效率,因此时需注意要考虑装载因子的影响,都都还可以保证我没人多 触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章什么都有有,因此很少有人从初始容量的淬硬层 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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