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 40000,避免 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(40000)
// for (int i = 0; i < 40000; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 算是亲们最常用的集合之一,不言而喻对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,就是我 HashMap 依然是最常用的。

亲们通过 HashMap 来存储 Key-Value 并都是键值对形式的数据,其内部内部结构通过哈希表,让存取波特率最好时都都后能 达到 O(1),而又意味着着意味着着处在的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的形态,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,波特率还是有保障的。

编程语言提供的集合类,不言而喻底层还是基于数组、链表并都是最基本的数据形态,就是我和亲们直接使用数组不同,集合在容量处在问题时,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,是并都是「较重」的操作。那意味着着都都都后能 提前选泽集合将要存储的数据量范围,就都都后能 通过构造最好的最好的办法,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什么的问题,意味着着使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续亲们立即存入 1w 条数据,算是符合与其不让触发扩容呢?

在分析并都是什么的问题前,就是们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了那些?

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,提供了另另一个多多指定初始容量的构造最好的最好的办法 HashMap(int initialCapacity),并都是最好的最好的办法最终会调用到 HashMap 就是构造最好的最好的办法,其中的参数 loadFactor 就是我默认值 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 就是我用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也就是我说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造最好的最好的办法的逻辑都都后能 看出,HashMap 并前会 直接使用内部内部结构传递进来的 initialCapacity,就是我经过了 tableSizeFor() 最好的最好的办法的避免,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() 最好的最好的办法中,通过逐步位运算,就都都后能 让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的就是,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

如此当亲们从内部内部结构传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 最好的最好的办法避免就是,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)。

并都是场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,不言而喻会触发亲们猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当亲们把初始容量,调整到 4000 时,情形又不一样了,具体情形具体分析。

再回到 HashMap 的构造最好的最好的办法,threshold 为扩容的阈值,在构造最好的最好的办法中由 tableSizeFor() 最好的最好的办法调整后直接赋值,什么都在构造 HashMap 时,意味着着传递 4000,threshold 调整后的值不言而喻是 1024,但 HashMap 不言而喻直接使用它。

仔细想想就会知道,初始化时决定了 threshold 值,但其装载因子(loadFactor)并如此参与运算,那在中间具体逻辑的就是,HashMap 是如可避免的呢?

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 中不言而喻 table 的类型有所不同,就是我数组并都是基本形态并如此变化。如此 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,就是我:

table.size == threshold * loadFactor

那并都是 table 是在那些就是初始化的呢?这就要说会到亲们另一个多多劲在回避的什么的问题,HashMap 的扩容。

在 HashMap 中,动态扩容的逻辑在 resize() 最好的最好的办法中。并都是最好的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。

当亲们首次调用 HashMap 的 put() 最好的最好的办法存数据时,意味着着发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 最好的最好的办法中。

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。

意味着着 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,什么都我将初始化 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,什么都处在旧和新两组数据。

当亲们指定了初始容量,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,也就是我新创建的 table 会是亲们构造的 HashMap 时指定的容量值。

就是会 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须要让 newThr 在另另一个多多合法的范围内。

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,不言而喻亲们在初始化时,传递进来的 initialCapacity 不言而喻被赋值给 threshold,就是我它实际是 table 的尺寸,就是我最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

如此回到就是的什么的问题前会 答案了,不言而喻 HashMap 初始容量指定为 4000,就是我它就是我表示 table 数组为 4000,扩容的重要最好的最好的办法扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是处在问题以承载 4000 条数据的,最终在存够 1k 条数据就是,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,而不让是另另一个多多固定值,为此亲们须要有另另一个多多特殊避免的最好的最好的办法,就是我将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时就是我除以 0.75。

之类就是用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 4000 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然前会 被 tableSizeFor() 最好的最好的办法调整到 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 40000 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和亲们直接传递 40000 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意味着着并无法直接存储如此多数据,会有另另一个多多动态调整的过程。其中就须要将亲们预期的值进行放大,比较科学的就是我最好的最好的办法装载因子进行放大。

最后亲们再总结一下:

  1. HashMap 构造最好的最好的办法传递的 initialCapacity,不言而喻在避免后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造最好的最好的办法传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 最好的最好的办法动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的就是,计算数据在 newTable 中的位置。
  3. 意味着着设置了 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 算是扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 意味着着亲们预先知道 HashMap 数据量范围,都都后能 预设 HashMap 的容量值来提升波特率,就是我须要注意要考虑装载因子的影响,都都后能 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,市面上优秀的文章什么都,就是我很少一帮人从初始容量的淬硬层 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。不言而喻不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,算是应该考虑装载因子,才有了此文。

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