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

Java 集合的扩容

HashMap 算不算让我们歌词 最常用的集合之一,我确实对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,可是我 HashMap 依然是最常用的。

让我们歌词 通过 HashMap 来存储 Key-Value 这些 键值对形式的数据,其组织组织结构通过哈希表,让存取波特率最好时可不上能 达到 O(1),而又可能性可能性地处的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的形态学 ,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形态学 ,波特率还是有保障的。

编程语言提供的集合类,我确实底层还是基于数组、链表这些 最基本的数据形态学 ,可是我和让我们歌词 直接使用数组不同,集合在容量匮乏时,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,是并算不算「较重」的操作。那可能性都都可不上能 提前确定集合将要存储的数据量范围,就可不上能 通过构造方式,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报告 报告 ,可能性使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续让我们歌词 立即存入 1w 条数据,算不算符合与其不让触发扩容呢?

在分析这些 问题报告 报告 前,原来 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4个指定初始容量的构造方式 HashMap(int initialCapacity),这些 方式最终会调用到 HashMap 原来 构造方式,其中的参数 loadFactor 越多默认值 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 越多用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也越多说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造方式的逻辑可不上能 看出,HashMap 并算不算直接使用组织组织结构传递进来的 initialCapacity,越多经过了 tableSizeFor() 方式的正确处理,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() 方式中,通过逐步位运算,就可不上能 让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的之前 ,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

这么当让我们歌词 从组织组织结构传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 方式正确处理之前 ,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)。

这些 场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,越多会触发让我们歌词 猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当让我们歌词 把初始容量,调整到 11150 时,状况又不一样了,具体状况具体分析。

再回到 HashMap 的构造方式,threshold 为扩容的阈值,在构造方式中由 tableSizeFor() 方式调整后直接赋值,越多在构造 HashMap 时,可能性传递 11150,threshold 调整后的值我我确实是 1024,但 HashMap 越多直接使用它。

仔细想想就会知道,初始化时决定了 threshold 值,但其装载因子(loadFactor)并这么参与运算,那在顶端具体逻辑的之前 ,HashMap 是如保正确处理的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,算不算通过成员变量 table 数组来存储的,在 JDK 1.7 和 1.8 中我确实 table 的类型有所不同,可是我数组这些 基本形态学 并这么变化。这么 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,越多:

table.size == threshold * loadFactor

那这些 table 是在哪几个之前 初始化的呢?这就要说会到让我们歌词 老要在回避的问题报告 报告 ,HashMap 的扩容。

在 HashMap 中,动态扩容的逻辑在 resize() 方式中。这些 方式不仅仅承担了 table 的扩容,它还承担了 table 的初始化。

当让我们歌词 首次调用 HashMap 的 put() 方式存数据时,可能性发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 方式中。

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() 方式中,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。

可能性 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,越多我将初始化 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,越多地处旧和新两组数据。

当让我们歌词 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,也越多新创建的 table 会是让我们歌词 构造的 HashMap 时指定的容量值。

之前 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),当然这里也做了许多限制还要让 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,我确实让我们歌词 在初始化时,传递进来的 initialCapacity 我确实被赋值给 threshold,可是我它实际是 table 的尺寸,可是我最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

这么回到之前 的问题报告 报告 算不算答案了,我确实 HashMap 初始容量指定为 11150,可是我它越多表示 table 数组为 11150,扩容的重要方式扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是匮乏以承载 11150 条数据的,最终在存够 1k 条数据之前 ,算不算触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量算不算根据业务来的,而不让是4个固定值,为此让我们歌词 还要4个特殊正确处理的方式,越多将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时越多除以 0.75。

这些你会用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 11150 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然算不算被 tableSizeFor() 方式调整到 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 111500 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和让我们歌词 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,应该如保科学的计算,本质上你传递进去的值可能性并无法直接存储这么多数据,会4个动态调整的过程。其中就还要将让我们歌词 预期的值进行放大,比较科学的越多方式装载因子进行放大。

最后让我们歌词 再总结一下:

  1. HashMap 构造方式传递的 initialCapacity,我确实在正确处理后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造方式传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 方式动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的之前 ,计算数据在 newTable 中的位置。
  3. 可能性设置了 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 算不算扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 可能性让我们歌词 预先知道 HashMap 数据量范围,可不上能 预设 HashMap 的容量值来提升波特率,可是我还要注意要考虑装载因子的影响,都可不上能 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,市面上优秀的文章越多,可是我很少一帮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。我我确实不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,算不算应该考虑装载因子,才有了此文。

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