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

Java 集合的扩容

HashMap 是否是让让让一帮人 最常用的集合之一,我觉得 对于 Android 开发者,Google 官方推荐了更省内存的 SparseArray 和 ArrayMap,就说 HashMap 依然是最常用的。

让让让一帮人 通过 HashMap 来存储 Key-Value 你这人 键值对形式的数据,其內部通过哈希表,让存取传输强度最好时须要达到 O(1),而又将会将会处在的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的形态学 ,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形态学 ,传输强度还是有保障的。

编程语言提供的集合类,我觉得 底层还是基于数组、链表你这人 最基本的数据形态学 ,就说 和让让让一帮人 直接使用数组不同,集合在容量过高 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,是三种「较重」的操作。那将会不用 提前选折 集合将要存储的数据量范围,就须要通过构造措施,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,将会使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续让让让一帮人 立即存入 1w 条数据,是否是符合与其不用触发扩容呢?

在分析你这人 问题图片前,事先们先来看看,HashMap 初始化时,指定初始容量值都做了哪些?

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,提供了有四个 指定初始容量的构造措施 HashMap(int initialCapacity),你这人 措施最终会调用到 HashMap 事先构造措施,其中的参数 loadFactor 就说 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 就说 用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也就说 说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造措施的逻辑须要看出,HashMap 并都是直接使用內部传递进来的 initialCapacity,就说 经过了 tableSizeFor() 措施的补救,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() 措施中,通过逐步位运算,就须要让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的事先,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

如此当让让让一帮人 从內部传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 措施补救事先,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)。

你这人 场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,并不用触发让让让一帮人 猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当让让让一帮人 把初始容量,调整到 4000 时,情况汇报又不一样了,情况汇报汇报具体分析。

再回到 HashMap 的构造措施,threshold 为扩容的阈值,在构造措施中由 tableSizeFor() 措施调整后直接赋值,如此来越多在构造 HashMap 时,将会传递 4000,threshold 调整后的值我觉得 是 1024,但 HashMap 并不直接使用它。

仔细想想就会知道,初始化时决定了 threshold 值,但其装载因子(loadFactor)并如此参与运算,那在顶端具体逻辑的事先,HashMap 是要怎样补救的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,都是通过成员变量 table 数组来存储的,在 JDK 1.7 和 1.8 中我觉得 table 的类型有所不同,就说 数组你这人 基本形态学 并如此变化。如此 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,就说 :

table.size == threshold * loadFactor

那你这人 table 是在哪些事先初始化的呢?这就要说会到让让让一帮人 老要 在回避的问题图片,HashMap 的扩容。

在 HashMap 中,动态扩容的逻辑在 resize() 措施中。你这人 措施不仅仅承担了 table 的扩容,它还承担了 table 的初始化。

当让让让一帮人 首次调用 HashMap 的 put() 措施存数据时,将会发现 table 为 null,则会调用 resize() 去初始化 table,具体逻辑在 putVal() 措施中。

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() 措施中,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,如此来越多我将初始化 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,如此来越多处在旧和新两组数据。

当让让让一帮人 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,也就说 新创建的 table 会是让让让一帮人 构造的 HashMap 时指定的容量值。

之都是进入代码 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须要让 newThr 在有四个 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,我觉得 让让让一帮人 在初始化时,传递进来的 initialCapacity 我觉得 被赋值给 threshold,就说 它实际是 table 的尺寸,就说 最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

如此回到事先的问题图片都是答案了,我觉得 HashMap 初始容量指定为 4000,就说 它就说 表示 table 数组为 4000,扩容的重要措施扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是过高 以承载 4000 条数据的,最终在存够 1k 条数据事先,都是触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量都是根据业务来的,而不用是有四个 固定值,为此让让让一帮人 须要有有四个 特殊补救的措施,就说 将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时就说 除以 0.75。

相似就让 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,然都是被 tableSizeFor() 措施调整到 2048,足够存储数据而不用触发扩容。

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,和让让让一帮人 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,应该要怎样科学的计算,本质上你传递进去的值将会并无法直接存储如此多数据,会有有四个 动态调整的过程。其中就须要将让让让一帮人 预期的值进行放大,比较科学的就说 措施装载因子进行放大。

最后让让让一帮人 再总结一下:

  1. HashMap 构造措施传递的 initialCapacity,我觉得 在补救后被存入了 loadFactor 中,但它实际表示 table 的容量。
  2. 构造措施传递的 initialCapacity,最终会被 tableSizeFor() 措施动态调整为 2 的 N 次幂,以方便在扩容的事先,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 是否是扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 将会让让让一帮人 预先知道 HashMap 数据量范围,须要预设 HashMap 的容量值来提升传输强度,就说 须要注意要考虑装载因子的影响,不用 保证不用触发预期之外的动态扩容。

HashMap 作为 Java 最常用的集合之一,市面上优秀的文章如此来越多,就说 很少一帮人从初始容量的深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。我觉得 不少人也搞不清楚,在设置 HashMap 初始容量时,是否是应该考虑装载因子,才有了此文。

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