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 300,处理 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(300)
// for (int i = 0; i < 300; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 不是让人们最常用的集合之一,嘴笨 对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,有随后 HashMap 依然是最常用的。

让人们通过 HashMap 来存储 Key-Value 这个 键值对形式的数据,其外部通过哈希表,让存取时延最好时可不时需达到 O(1),而又肯能肯能所处的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的形态,让时延最差也差不过 O(logn)。

整体来说,HashMap 作为一款工业级的哈希表形态,时延还是有保障的。

编程语言提供的集合类,嘴笨 底层还是基于数组、链表这个 最基本的数据形态,有随后和让人们直接使用数组不同,集合在容量缺乏时,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,是四种 「较重」的操作。那肯可不时需够提前选着集合将要存储的数据量范围,就可不时需通过构造最好的土办法,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題,肯能使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续让人们立即存入 1w 条数据,不是符合与其不需要触发扩容呢?

在分析这个 问題前,另4个 们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了哪几种?

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 指定初始容量的构造最好的土办法 HashMap(int initialCapacity),这个 最好的土办法最终会调用到 HashMap 另4个 构造最好的土办法,其中的参数 loadFactor 却说默认值 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 却说用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也却说说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造最好的土办法的逻辑可不时需看出,HashMap 并不是直接使用外部传递进来的 initialCapacity,却说经过了 tableSizeFor() 最好的土办法的处理,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() 最好的土办法中,通过逐步位运算,就可不时需让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的随后,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

这样当让人们从外部传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 最好的土办法处理随后,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,并不一定会触发让人们猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当让人们把初始容量,调整到 30 时,情况报告又不一样了,情况报告报告具体分析。

再回到 HashMap 的构造最好的土办法,threshold 为扩容的阈值,在构造最好的土办法中由 tableSizeFor() 最好的土办法调整后直接赋值,不多不多 在构造 HashMap 时,肯能传递 30,threshold 调整后的值嘴笨 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)并这样参与运算,那在里面具体逻辑的随后,HashMap 是如保处理的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,不是通过成员变量 table 数组来存储的,在 JDK 1.7 和 1.8 中嘴笨 table 的类型有所不同,有随后数组这个 基本形态并这样变化。这样 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,却说:

table.size == threshold * loadFactor

那这个 table 是在哪几种随后初始化的呢?这就要说会到让人们突然在回避的问題,HashMap 的扩容。

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

当让人们首次调用 HashMap 的 put() 最好的土办法存数据时,肯能发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 最好的土办法中。

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() 最好的土办法中,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,不多不多 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,不多不多 所处旧和新两组数据。

当让人们指定了初始容量,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,也却说新创建的 table 会是让人们构造的 HashMap 时指定的容量值。

之不是进入代码 的逻辑,其中就通过装载因子(loadFactor)调整了新的阈值(newThr),当然这里也做了不多不多限制时需让 newThr 在4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,嘴笨 让人们在初始化时,传递进来的 initialCapacity 嘴笨 被赋值给 threshold,有随后它实际是 table 的尺寸,有随后最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

这样回到随后的问題不是答案了,嘴笨 HashMap 初始容量指定为 30,有随后它却说表示 table 数组为 30,扩容的重要最好的土办法扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是缺乏以承载 30 条数据的,最终在存够 1k 条数据随后,不是触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量不是根据业务来的,而不需却说4个 固定值,为此让人们时需有4个 特殊处理的最好的土办法,却说将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时却说除以 0.75。

类似你可不可不能不能用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 30 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然不是被 tableSizeFor() 最好的土办法调整到 2048,足够存储数据而不需要触发扩容。

当想用 HashMap 存放 1w 条数据时,依然设置 300 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和让人们直接传递 300 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肯能并无法直接存储这样多数据,会有4个 动态调整的过程。其中就时需将让人们预期的值进行放大,比较科学的却说最好的土办法装载因子进行放大。

最后让人们再总结一下:

  1. HashMap 构造最好的土办法传递的 initialCapacity,确嘴笨 处理后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造最好的土办法传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 最好的土办法动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的随后,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 不是扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 肯能让人们预先知道 HashMap 数据量范围,可不时需预设 HashMap 的容量值来提升时延,有随后时需注意要考虑装载因子的影响,不可不可不能不能保证不需要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多不多 ,有随后很少人们从初始容量的深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。嘴笨 不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,不是应该考虑装载因子,才有了此文。

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