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 20000,处里 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(20000)
// for (int i = 0; i < 20000; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 否有当另一个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,怎样让 HashMap 依然是最常用的。

当另一个人通过 HashMap 来存储 Key-Value 你这个键值对形式的数据,其实物通过哈希表,让存取速率 最好时能不能 达到 O(1),而又将会将会指在的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的底部形态,让速率 最差也差不过 O(logn)。

整体来说,HashMap 作为一款工业级的哈希表底部形态,速率 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、链表你这个最基本的数据底部形态,怎样让和当另一个人直接使用数组不同,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,是五种「较重」的操作。那将会才能提前取舍集合将要存储的数据量范围,就能不能 通过构造土土办法,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间题图片,将会使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续当另一个人立即存入 1w 条数据,否有符合与其不不触发扩容呢?

在分析你这个间题图片前,曾经们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了有哪些?

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,提供了曾经指定初始容量的构造土土办法 HashMap(int initialCapacity),你这个土土办法最终会调用到 HashMap 曾经构造土土办法,其中的参数 loadFactor 却说我默认值 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 却说我用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也却说我说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造土土办法的逻辑能不能 看出,HashMap 并就有直接使用实物传递进来的 initialCapacity,却说我经过了 tableSizeFor() 土土办法的处里,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() 土土办法中,通过逐步位运算,就能不能 让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的曾经,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

那么当当另一个人从实物传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 土土办法处里曾经,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)。

你这个场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,不不不触发当另一个人猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当当另一个人把初始容量,调整到 2000 时,具体情况又不一样了,具体具体情况具体分析。

再回到 HashMap 的构造土土办法,threshold 为扩容的阈值,在构造土土办法中由 tableSizeFor() 土土办法调整后直接赋值,却说在构造 HashMap 时,将会传递 2000,threshold 调整后的值嘴笨 是 1024,但 HashMap 不不直接使用它。

仔细想想就会知道,初始化时决定了 threshold 值,但其装载因子(loadFactor)并那么参与运算,那在上方具体逻辑的曾经,HashMap 是怎样处里的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,就有通过成员变量 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,怎样让数组你这个基本底部形态并那么变化。那么 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,却说我:

table.size == threshold * loadFactor

那你这个 table 是在有哪些曾经初始化的呢?这就要说会到当另一个人时不时在回避的间题图片,HashMap 的扩容。

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

当当另一个人首次调用 HashMap 的 put() 土土办法存数据时,将会发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 土土办法中。

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() 土土办法中,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。

将会 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,却说我将初始化 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,却说指在旧和新两组数据。

当当另一个人指定了初始容量,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,也却说我新创建的 table 会是当另一个人构造的 HashMap 时指定的容量值。

曾经会进入代码 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需用让 newThr 在曾经合法的范围内。

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 当另一个人在初始化时,传递进来的 initialCapacity 嘴笨 被赋值给 threshold,怎样让它实际是 table 的尺寸,怎样让最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

那么回到曾经的间题图片就有答案了,嘴笨 HashMap 初始容量指定为 2000,怎样让它却说我表示 table 数组为 2000,扩容的重要土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 2000 条数据的,最终在存够 1k 条数据曾经,后要触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量就有根据业务来的,而不否有曾经固定值,为此当另一个人需用有曾经特殊处里的土土办法,却说我将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时却说我除以 0.75。

累似 想要用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 2000 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,之前 要被 tableSizeFor() 土土办法调整到 2048,足够存储数据而不不触发扩容。

当想用 HashMap 存放 1w 条数据时,依然设置 20000 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和当另一个人直接传递 20000 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,应该怎样科学的计算,本质上你传递进去的值将会并无法直接存储那么多数据,会有曾经动态调整的过程。其中就需用将当另一个人预期的值进行放大,比较科学的却说我土土办法装载因子进行放大。

最后当另一个人再总结一下:

  1. HashMap 构造土土办法传递的 initialCapacity,嘴笨 在处里后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造土土办法传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 土土办法动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的曾经,计算数据在 newTable 中的位置。
  3. 将会设置了 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 否有扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 将会当另一个人预先知道 HashMap 数据量范围,能不能 预设 HashMap 的容量值来提升速率 ,怎样让需用注意要考虑装载因子的影响,才能保证不不触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章却说,怎样让很少另一个人从初始容量的深度1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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