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 500000,正确处理 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(500000)
// for (int i = 0; i < 500000; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 否有有人 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,这名 HashMap 依然是最常用的。

有人 通过 HashMap 来存储 Key-Value 这名 键值对形式的数据,其组织组织结构通过哈希表,让存取速率单位最好时还需用达到 O(1),而又肯能肯能地处的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的行态,让速率单位最差也差不过 O(logn)。

整体来说,HashMap 作为一款工业级的哈希表行态,速率单位还是有保障的。

编程语言提供的集合类,嘴笨 底层还是基于数组、链表这名 最基本的数据行态,这名 和有人 直接使用数组不同,集合在容量不足英文时,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。那肯还需用够提前选者集合将要存储的数据量范围,就还需用通过构造土法律法律依据,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图片,肯能使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续有人 立即存入 1w 条数据,否有符合与其不用触发扩容呢?

在分析这名 问题图片前,那有人 先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了什么?

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,提供了一有兩个多指定初始容量的构造土法律法律依据 HashMap(int initialCapacity),这名 土法律法律依据最终会调用到 HashMap 我希望构造土法律法律依据,其中的参数 loadFactor 我希望默认值 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 我希望用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也我希望说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造土法律法律依据的逻辑还需用看出,HashMap 并后会 直接使用组织组织结构传递进来的 initialCapacity,我希望经过了 tableSizeFor() 土法律法律依据的正确处理,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() 土法律法律依据中,通过逐步位运算,就还需用让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的过后,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

越来越 当有人 从组织组织结构传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 土法律法律依据正确处理过后,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)。

这名 场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,不用会触发有人 猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当有人 把初始容量,调整到 50000 时,请况又不一样了,具体请况具体分析。

再回到 HashMap 的构造土法律法律依据,threshold 为扩容的阈值,在构造土法律法律依据中由 tableSizeFor() 土法律法律依据调整后直接赋值,太大在构造 HashMap 时,肯能传递 50000,threshold 调整后的值嘴笨 是 1024,但 HashMap 不用直接使用它。

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,那在后边具体逻辑的过后,HashMap 是如何正确处理的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,后会 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,这名 数组这名 基本行态并越来越 变化。越来越 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,我希望:

table.size == threshold * loadFactor

那这名 table 是在了吗初始化的呢?这就要说会到有人 有兩个劲在回避的问题图片,HashMap 的扩容。

在 HashMap 中,动态扩容的逻辑在 resize() 土法律法律依据中。这名 土法律法律依据不仅仅承担了 table 的扩容,它还承担了 table 的初始化。

当有人 首次调用 HashMap 的 put() 土法律法律依据存数据时,肯能发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 土法律法律依据中。

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() 土法律法律依据中,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,太大我将初始化 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,太大地处旧和新两组数据。

当有人 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,也我希望新创建的 table 会是有人 构造的 HashMap 时指定的容量值。

过后会进入代码 的逻辑,其中就通过装载因子(loadFactor)调整了新的阈值(newThr),当然这里也做了这名 限制需用让 newThr 在一有兩个多合法的范围内。

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,嘴笨 有人 在初始化时,传递进来的 initialCapacity 嘴笨 被赋值给 threshold,这名 它实际是 table 的尺寸,这名 最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

越来越 回到过后的问题图片后会 答案了,嘴笨 HashMap 初始容量指定为 50000,这名 它我希望表示 table 数组为 50000,扩容的重要土法律法律依据扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是不足英文以承载 50000 条数据的,最终在存够 1k 条数据过后,后会触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量后会 根据业务来的,而不用是一有兩个多固定值,为此有人 需用一有兩个多多特殊正确处理的土法律法律依据,我希望将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时我希望除以 0.75。

类事 不用用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 50000 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,过后会被 tableSizeFor() 土法律法律依据调整到 2048,足够存储数据而不用触发扩容。

当想用 HashMap 存放 1w 条数据时,依然设置 500000 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和有人 直接传递 500000 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,应该如何科学的计算,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,会一有兩个多多动态调整的过程。其中就需用将有人 预期的值进行放大,比较科学的我希望土法律法律依据装载因子进行放大。

最后有人 再总结一下:

  1. HashMap 构造土法律法律依据传递的 initialCapacity,嘴笨 在正确处理后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造土法律法律依据传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 土法律法律依据动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的过后,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 否有扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 肯能有人 预先知道 HashMap 数据量范围,还需用预设 HashMap 的容量值来提升速率单位,这名 需用注意要考虑装载因子的影响,也能保证不用触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章太大,这名 很少有人从初始容量的高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。嘴笨 不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,否有应该考虑装载因子,才有了此文。

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