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 60

00,处里 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(60

00)
// for (int i = 0; i < 60

00; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 与否亲戚亲戚某些人 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,倘若 HashMap 依然是最常用的。

亲戚亲戚某些人 通过 HashMap 来存储 Key-Value 之类键值对形式的数据,其内内外部通过哈希表,让存取下行速度 最好时还须要达到 O(1),而又完会完会居于的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的底部形态,让下行速度 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,下行速度 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、链表之类最基本的数据底部形态,倘若和亲戚亲戚某些人 直接使用数组不同,集合在容量居于问题时,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,是三种生活「较重」的操作。那之还须要够提前确定集合将要存储的数据量范围,就还须要通过构造法律最好的办法,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大问题,完会使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续亲戚亲戚某些人 立即存入 1w 条数据,与否符合与其过多再触发扩容呢?

在分析之类大问题前,原先们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了之类?

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,提供了另有另1个指定初始容量的构造法律最好的办法 HashMap(int initialCapacity),之类法律最好的办法最终会调用到 HashMap 原先构造法律最好的办法,其中的参数 loadFactor 过多过多过多过多 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 过多过多过多过多 用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也过多过多过多过多 说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造法律最好的办法的逻辑还须要看出,HashMap 并也有直接使用内外部传递进来的 initialCapacity,过多过多过多过多 经过了 tableSizeFor() 法律最好的办法的处里,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() 法律最好的办法中,通过逐步位运算,就还须要让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的完会,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

这样当亲戚亲戚某些人 从内外部传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 法律最好的办法处里完会,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)。

之类场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,并过多再触发亲戚亲戚某些人 猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当亲戚亲戚某些人 把初始容量,调整到 60 0 时,情况又不一样了,情况具体分析。

再回到 HashMap 的构造法律最好的办法,threshold 为扩容的阈值,在构造法律最好的办法中由 tableSizeFor() 法律最好的办法调整后直接赋值,过多过多过多过多在构造 HashMap 时,完会传递 60 0,threshold 调整后的值其实是 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)并这样参与运算,那在顶端具体逻辑的完会,HashMap 是如可处里的呢?

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,倘若数组之类基本底部形态并这样变化。这样 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,过多过多过多过多 :

table.size == threshold * loadFactor

那之类 table 是在之类完会初始化的呢?这就要说会到亲戚亲戚某些人 一个劲在回避的大问题,HashMap 的扩容。

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

当亲戚亲戚某些人 首次调用 HashMap 的 put() 法律最好的办法存数据时,完会发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 法律最好的办法中。

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() 法律最好的办法中,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。

完会 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,过多过多过多过多我将初始化 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,过多过多过多过多居于旧和新两组数据。

当亲戚亲戚某些人 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,也过多过多过多过多 新创建的 table 会是亲戚亲戚某些人 构造的 HashMap 时指定的容量值。

之完会进入代码 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须要让 newThr 在另有另1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,其实亲戚亲戚某些人 在初始化时,传递进来的 initialCapacity 其实被赋值给 threshold,倘若它实际是 table 的尺寸,倘若最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

这样回到完会的大问题也有答案了,其实 HashMap 初始容量指定为 60 0,倘若它过多过多过多过多 表示 table 数组为 60 0,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)。

它是居于问题以承载 60 0 条数据的,最终在存够 1k 条数据完会,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,而过多再是另有另1个固定值,为此亲戚亲戚某些人 须要有另有另1个特殊处里的法律最好的办法,过多过多过多过多 将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时过多过多过多过多 除以 0.75。

之类我完会用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 60 0 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然也有被 tableSizeFor() 法律最好的办法调整到 2048,足够存储数据而过多再触发扩容。

当想用 HashMap 存放 1w 条数据时,依然设置 60 00 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和亲戚亲戚某些人 直接传递 60 00 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,应该如可科学的计算,本质上你传递进去的值完会并无法直接存储这样多数据,会有另有另1个动态调整的过程。其中就须要将亲戚亲戚某些人 预期的值进行放大,比较科学的过多过多过多过多 最好的办法装载因子进行放大。

最后亲戚亲戚某些人 再总结一下:

  1. HashMap 构造法律最好的办法传递的 initialCapacity,其实在处里后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造法律最好的办法传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 法律最好的办法动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的完会,计算数据在 newTable 中的位置。
  3. 完会设置了 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 与否扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 完会亲戚亲戚某些人 预先知道 HashMap 数据量范围,还须要预设 HashMap 的容量值来提升下行速度 ,倘若须要注意要考虑装载因子的影响,不能保证过多再触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章过多过多过多过多,倘若很少这样人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。其实不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,与否应该考虑装载因子,才有了此文。

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