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

Java 集合的扩容

HashMap 是是不是人们最常用的集合之一,好的反义词对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,就是 HashMap 依然是最常用的。

人们通过 HashMap 来存储 Key-Value 就是键值对形式的数据,其內部通过哈希表,让存取下行带宽 最好时可助于够达到 O(1),而又肯能肯能地处的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的形态,让下行带宽 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,下行带宽 还是有保障的。

编程语言提供的集合类,好的反义词底层还是基于数组、链表就是最基本的数据形态,就是和人们直接使用数组不同,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,是某种 「较重」的操作。那肯可助于够够提前选用集合将要存储的数据量范围,就可助于够通过构造依据,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什么的问题,肯能使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续人们立即存入 1w 条数据,是是不是符合与其还会触发扩容呢?

在分析就是什么的问题前,那人们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了那先 ?

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,提供了有三个 指定初始容量的构造依据 HashMap(int initialCapacity),就是依据最终会调用到 HashMap 就是构造依据,其中的参数 loadFactor 就是默认值 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 就是用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也就是说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造依据的逻辑可助于够看出,HashMap 暂且是直接使用內部传递进来的 initialCapacity,就是经过了 tableSizeFor() 依据的解决,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,就可助于够让返回值,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。

没办法 当人们从內部传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 依据解决后后,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)。

就是场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,暂且会触发人们猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当人们把初始容量,调整到 50000 时,情况又不一样了,情况具体分析。

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,就是 在构造 HashMap 时,肯能传递 50000,threshold 调整后的值好的反义词是 1024,但 HashMap 暂且直接使用它。

仔细想想就会知道,初始化时决定了 threshold 值,但其装载因子(loadFactor)并没办法 参与运算,那在中间具体逻辑的后后,HashMap 是怎么才能 才能 解决的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,全部都是通过成员变量 table 数组来存储的,在 JDK 1.7 和 1.8 中好的反义词 table 的类型有所不同,就是数组就是基本形态并没办法 变化。没办法 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,就是:

table.size == threshold * loadFactor

那就是 table 是在那先 后后初始化的呢?这就要说会到人们老是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() 依据中。就是依据不仅仅承担了 table 的扩容,它还承担了 table 的初始化。

当人们首次调用 HashMap 的 put() 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() 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。

肯能 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,就是 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,就是 地处旧和新两组数据。

当人们指定了初始容量,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,也就是新创建的 table 会是人们构造的 HashMap 时指定的容量值。

后后会进入代码 的逻辑,其中就通过装载因子(loadFactor)调整了新的阈值(newThr),当然这里也做了就是限制需用让 newThr 在有三个 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,好的反义词人们在初始化时,传递进来的 initialCapacity 好的反义词被赋值给 threshold,就是它实际是 table 的尺寸,就是最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

没办法 回到后后的什么的问题全部都是答案了,好的反义词 HashMap 初始容量指定为 50000,就是它就是表示 table 数组为 50000,扩容的重要依据扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是缺乏以承载 50000 条数据的,最终在存够 1k 条数据后后,还会触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量全部都是根据业务来的,而还会是有三个 固定值,为此人们需用有有三个 特殊解决的依据,就是将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时就是除以 0.75。

相似我应该 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,就是会被 tableSizeFor() 依据调整到 2048,足够存储数据而还会触发扩容。

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,和人们直接传递 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,应该怎么才能 才能 科学的计算,本质上你传递进去的值肯能并无法直接存储没办法 多数据,会有有三个 动态调整的过程。其中就需用将人们预期的值进行放大,比较科学的就是依据装载因子进行放大。

最后人们再总结一下:

  1. HashMap 构造依据传递的 initialCapacity,好的反义词在解决后被存入了 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. 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 是是不是扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 肯能人们预先知道 HashMap 数据量范围,可助于够预设 HashMap 的容量值来提升下行带宽 ,就是需用注意要考虑装载因子的影响,助于保证还会触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章就是 ,就是很少人们从初始容量的宽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。好的反义词不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,是是不是应该考虑装载因子,才有了此文。

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