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 8000,避免 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(8000)
// for (int i = 0; i < 8000; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 与非 亲戚亲戚当当当我们最常用的集合之一,觉得对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,以后 HashMap 依然是最常用的。

亲戚亲戚当当当我们通过 HashMap 来存储 Key-Value 你你你是什么键值对形式的数据,其内部通过哈希表,让存取数率最好时前要达到 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形态,数率还是有保障的。

编程语言提供的集合类,觉得底层还是基于数组、链表你你你是什么最基本的数据形态,以后和亲戚亲戚当当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,是并也有「较重」的操作。那肯前要够提前选则集合将要存储的数据量范围,就前要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哪几个的问提,肯能使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续亲戚亲戚当当当我们立即存入 1w 条数据,是与非 符合与其不让触发扩容呢?

在分析你你你是什么哪几个的问提前,要是我们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了哪几个?

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,提供了要是我指定初始容量的构造最好的办法 HashMap(int initialCapacity),你你你是什么最好的办法最终会调用到 HashMap 要是我构造最好的办法,其中的参数 loadFactor 要是我默认值 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 要是我用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也要是我说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造最好的办法的逻辑前要看出,HashMap 并前会直接使用内部传递进来的 initialCapacity,要是我经过了 tableSizeFor() 最好的办法的避免,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,就前要让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的以后,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

越来越 当亲戚亲戚当当当我们从内部传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 最好的办法避免以后,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)。

你你你是什么场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,并不让触发亲戚亲戚当当当我们猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当亲戚亲戚当当当我们把初始容量,调整到 800 时,情况表又不一样了,情况表表具体分析。

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,要是我有在构造 HashMap 时,肯能传递 800,threshold 调整后的值我觉得是 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)并越来越 参与运算,那在底下具体逻辑的以后,HashMap 是如保避免的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,前会通过成员变量 table 数组来存储的,在 JDK 1.7 和 1.8 中觉得 table 的类型有所不同,以后数组你你你是什么基本形态并越来越 变化。越来越 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,要是我:

table.size == threshold * loadFactor

那你你你是什么 table 是在哪几个以后初始化的呢?这就要说会到亲戚亲戚当当当我们突然 在回避的哪几个的问提,HashMap 的扩容。

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

当亲戚亲戚当当当我们首次调用 HashMap 的 put() 最好的办法存数据时,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。

肯能 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,要是我有我将初始化 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,要是我有所处旧和新两组数据。

当亲戚亲戚当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,也要是我新创建的 table 会是亲戚亲戚当当当我们构造的 HashMap 时指定的容量值。

以后会进入代码 的逻辑,其中就通过装载因子(loadFactor)调整了新的阈值(newThr),当然这里也做了其他限制前要让 newThr 在要是我合法的范围内。

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,觉得亲戚亲戚当当我们也有初始化时,传递进来的 initialCapacity 觉得被赋值给 threshold,以后它实际是 table 的尺寸,以后最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

越来越 回到以后的哪几个的问提前会答案了,觉得 HashMap 初始容量指定为 800,以后它要是我表示 table 数组为 800,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)。

它是不够以承载 800 条数据的,最终在存够 1k 条数据以后,前会触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量前会根据业务来的,而不让是要是我固定值,为此亲戚亲戚当当当我们前要有要是我特殊避免的最好的办法,要是我将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时要是我除以 0.75。

例如我想要用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 800 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,以后会被 tableSizeFor() 最好的办法调整到 2048,足够存储数据而不让触发扩容。

当想用 HashMap 存放 1w 条数据时,依然设置 8000 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和亲戚亲戚当当当我们直接传递 8000 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越来越 多数据,会有要是我动态调整的过程。其中就前要将亲戚亲戚当当当我们预期的值进行放大,比较科学的要是我最好的办法装载因子进行放大。

最后亲戚亲戚当当当我们再总结一下:

  1. HashMap 构造最好的办法传递的 initialCapacity,觉得在避免后被存入了 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,以方便在扩容的以后,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 是与非 扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 肯能亲戚亲戚当当当我们预先知道 HashMap 数据量范围,前要预设 HashMap 的容量值来提升数率,以后前要注意要考虑装载因子的影响,都还可不能否保证不让触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章要是我有,以后很少越来越人从初始容量的厚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。我觉得不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,是与非 应该考虑装载因子,才有了此文。

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