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 111500,补救 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(111500)
// for (int i = 0; i < 111500; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 与非 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,而且 HashMap 依然是最常用的。

朋友通过 HashMap 来存储 Key-Value 所以键值对形式的数据,其实物通过哈希表,让存取波特率最好时还可不还可以达到 O(1),而又原应原应所处的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的社会形态,让波特率最差也差不过 O(logn)。

整体来说,HashMap 作为一款工业级的哈希表社会形态,波特率还是有保障的。

编程语言提供的集合类,虽然底层还是基于数组、链表所以最基本的数据社会形态,而且 和朋友直接使用数组不同,集合在容量严重不足时,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,是有某种「较重」的操作。那原应要能提前取舍集合将要存储的数据量范围,就还可不还可以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所以的现象,原应使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续朋友立即存入 1w 条数据,与非 符合与其不不触发扩容呢?

在分析所以所以的现象前,原本 们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了所以?

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4个多 多指定初始容量的构造最好的办法 HashMap(int initialCapacity),所以最好的办法最终会调用到 HashMap 原本 构造最好的办法,其中的参数 loadFactor 已经 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 已经 用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也已经 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还可不还可以看出,HashMap 并还会直接使用实物传递进来的 initialCapacity,已经 经过了 tableSizeFor() 最好的办法的补救,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,就还可不还可以让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的原本 ,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

这麼当朋友从实物传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 最好的办法补救原本 ,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)。

所以场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,并不不触发朋友猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当朋友把初始容量,调整到 11150 时,情況又不一样了,具体情況具体分析。

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,所以 在构造 HashMap 时,原应传递 11150,threshold 调整后的值虽然是 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)并这麼参与运算,那在里面具体逻辑的原本 ,HashMap 是怎样才能补救的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,还会通过成员变量 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,而且 数组所以基本社会形态并这麼变化。这麼 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,已经 :

table.size == threshold * loadFactor

那所以 table 是在所以原本 初始化的呢?这就要说会到朋友老会 在回避的所以的现象,HashMap 的扩容。

在 HashMap 中,动态扩容的逻辑在 resize() 最好的办法中。所以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。

当朋友首次调用 HashMap 的 put() 最好的办法存数据时,原应发现 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。

原应 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,所以 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,所以 所处旧和新两组数据。

当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,也已经 新创建的 table 会是朋友构造的 HashMap 时指定的容量值。

原本 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),当然这里也做了所以限制需用让 newThr 在4个多 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,虽然朋友在初始化时,传递进来的 initialCapacity 虽然被赋值给 threshold,而且 它实际是 table 的尺寸,而且 最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

这麼回到原本 的所以的现象还会答案了,虽然 HashMap 初始容量指定为 11150,而且 它已经 表示 table 数组为 11150,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)。

它是严重不足以承载 11150 条数据的,最终在存够 1k 条数据原本 ,还会触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量还会根据业务来的,而不与非 4个多 多固定值,为此朋友需用4个多 多多特殊补救的最好的办法,已经 将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时已经 除以 0.75。

类似于于你会用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 11150 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,而且 会被 tableSizeFor() 最好的办法调整到 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 111500 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和朋友直接传递 111500 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,应该怎样才能科学的计算,本质上你传递进去的值原应并无法直接存储不多数据,会4个多 多多动态调整的过程。其中就需用将朋友预期的值进行放大,比较科学的已经 最好的办法装载因子进行放大。

最后朋友再总结一下:

  1. HashMap 构造最好的办法传递的 initialCapacity,虽然在补救后被存入了 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,以方便在扩容的原本 ,计算数据在 newTable 中的位置。
  3. 原应设置了 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 与非 扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 原应朋友预先知道 HashMap 数据量范围,还可不还可以预设 HashMap 的容量值来提升波特率,而且 需用注意要考虑装载因子的影响,要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,市面上优秀的文章所以 ,而且 很少许多人从初始容量的波特率来分析其中的逻辑,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,与非 应该考虑装载因子,才有了此文。

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