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

Java 集合的扩容

HashMap 有无其他同学最常用的集合之一,真是对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,因此 HashMap 依然是最常用的。

其他同学通过 HashMap 来存储 Key-Value 你你这个 键值对形式的数据,其内内外部通过哈希表,让存取传输强度最好需用用达到 O(1),而又后后后后处于的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的内外部,让传输强度最差也差不过 O(logn)。

整体来说,HashMap 作为一款工业级的哈希表内外部,传输强度还是有保障的。

编程语言提供的集合类,真是底层还是基于数组、链表你你这个 最基本的数据内外部,因此 和其他同学直接使用数组不同,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,是某种 「较重」的操作。那过需用够提前选用集合将要存储的数据量范围,就需用通过构造依据,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报告 ,后后使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续其他同学立即存入 1w 条数据,有无符合与其都能否 触发扩容呢?

在分析你你这个 问题图片报告 前,原来们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了那此?

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1个多指定初始容量的构造依据 HashMap(int initialCapacity),你你这个 依据最终会调用到 HashMap 原来构造依据,其中的参数 loadFactor 只是 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 只是 用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也只是 说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造依据的逻辑需用看出,HashMap 并一定会直接使用内外部传递进来的 initialCapacity,只是 经过了 tableSizeFor() 依据的补救,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() 依据中,通过逐步位运算,就需用让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的后后,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

没法 当其他同学从内外部传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 依据补救后后,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)。

你你这个 场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,何必 会触发其他同学猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当其他同学把初始容量,调整到 2000 时,情形又不一样了,具体情形具体分析。

再回到 HashMap 的构造依据,threshold 为扩容的阈值,在构造依据中由 tableSizeFor() 依据调整后直接赋值,太少 在构造 HashMap 时,后后传递 2000,threshold 调整后的值真是是 1024,但 HashMap 何必 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)并没法 参与运算,那在上面具体逻辑的后后,HashMap 是如保补救的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,一定会通过成员变量 table 数组来存储的,在 JDK 1.7 和 1.8 中真是 table 的类型有所不同,因此 数组你你这个 基本内外部并没法 变化。没法 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,只是 :

table.size == threshold * loadFactor

那你你这个 table 是在那此后后初始化的呢?这就要说会到其他同学突然在回避的问题图片报告 ,HashMap 的扩容。

在 HashMap 中,动态扩容的逻辑在 resize() 依据中。你你这个 依据不仅仅承担了 table 的扩容,它还承担了 table 的初始化。

当其他同学首次调用 HashMap 的 put() 依据存数据时,后后发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 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() 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。

后后 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,太少 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,太少 处于旧和新两组数据。

当其他同学指定了初始容量,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,也只是 新创建的 table 会是其他同学构造的 HashMap 时指定的容量值。

过一定会进入代码 的逻辑,其中就通过装载因子(loadFactor)调整了新的阈值(newThr),当然这里也做了你你这个 限制需用让 newThr 在1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,真是其他同学在初始化时,传递进来的 initialCapacity 真是被赋值给 threshold,因此 它实际是 table 的尺寸,因此 最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

没法 回到后后的问题图片报告 一定会答案了,真是 HashMap 初始容量指定为 2000,因此 它只是 表示 table 数组为 2000,扩容的重要依据扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是匮乏以承载 2000 条数据的,最终在存够 1k 条数据后后,一定会触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量一定会根据业务来的,而都能否 是1个多固定值,为此其他同学需用有1个多特殊补救的依据,只是 将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时只是 除以 0.75。

之类你要用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 2000 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然一定会被 tableSizeFor() 依据调整到 2048,足够存储数据而都能否 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,和其他同学直接传递 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,应该如保科学的计算,本质上你传递进去的值后后并无法直接存储没法 多数据,会有1个多动态调整的过程。其中就需用将其他同学预期的值进行放大,比较科学的只是 依据装载因子进行放大。

最后其他同学再总结一下:

  1. HashMap 构造依据传递的 initialCapacity,确真是补救后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造依据传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 依据动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的后后,计算数据在 newTable 中的位置。
  3. 后后设置了 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 有无扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 后后其他同学预先知道 HashMap 数据量范围,需用预设 HashMap 的容量值来提升传输强度,因此 需用注意要考虑装载因子的影响,要能保证都能否 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少 ,因此 很少其他同学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。真是不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,有无应该考虑装载因子,才有了此文。

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