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 300,正确处理 resize。
HashMap<String,String> map = new HashMap<>(300)
// for (int i = 0; i < 300; i++)

Java 集合的扩容

HashMap 有无亲戚亲戚另一个人最常用的集合之一,我我觉得对于 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。

亲戚亲戚另一个人通过 HashMap 来存储 Key-Value 某种键值对形式的数据,其外部通过哈希表,让存取速率最好时可促进够达到 O(1),而又可能可能位于的 Hash 冲突,引入了链表和红黑树的形态,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形态,速率还是有保障的。

编程语言提供的集合类,我我觉得底层还是基于数组、链表某种最基本的数据形态,因此和亲戚亲戚另一个人直接使用数组不同,集合在容量过低时,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,是有某种「较重」的操作。那可可促进够够提前取舍集合将要存储的数据量范围,就可促进够通过构造措施,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间题报告 ,可能使用 HashMap,当初始化是构造函数指定 1w 时,后续亲戚亲戚另一个人立即存入 1w 条数据,有无符合与其不让触发扩容呢?

在分析某种间题报告 前,但是们先来看看,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,提供了另一四个 指定初始容量的构造措施 HashMap(int initialCapacity),某种措施最终会调用到 HashMap 但是构造措施,其中的参数 loadFactor 因此默认值 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 因此用来存储,触发 HashMap 扩容的阈值,也因此说,当 HashMap 存储的数据量达到 threshold 时,就会触发扩容。

从构造措施的逻辑可促进够看出,HashMap 并也有直接使用外部传递进来的 initialCapacity,因此经过了 tableSizeFor() 措施的正确处理,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,就可促进够让返回值,保持在 2 的 N 次幂。以方便在扩容的但是,快速计算数据在扩容后的新表中的位置。

如此 当亲戚亲戚另一个人从外部传递进来 1w 时,实际上经过 tableSizeFor() 措施正确处理但是,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)。

某种场景下,用来存放 1w 条数据,绰绰有余了,无须会触发亲戚亲戚另一个人猜想的扩容。

HashMap 的 table 初始化

当亲戚亲戚另一个人把初始容量,调整到 30 时,情况报告又不一样了,情况报告报告具体分析。

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,什么都有 在构造 HashMap 时,可能传递 30,threshold 调整后的值我我觉得是 1024,但 HashMap 无须直接使用它。

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,那在里边具体逻辑的但是,HashMap 是怎样才能正确处理的呢?

在 HashMap 中,所有的数据,也有通过成员变量 table 数组来存储的,在 JDK 1.7 和 1.8 中我我觉得 table 的类型有所不同,因此数组某种基本形态并如此 变化。如此 table、threshold、loadFactor 三者之间的关系,因此:

table.size == threshold * loadFactor

那某种 table 是在有哪些但是初始化的呢?这就要说会到亲戚亲戚另一个人一个劲在回避的间题报告 ,HashMap 的扩容。

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

当亲戚亲戚另一个人首次调用 HashMap 的 put() 措施存数据时,可能发现 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。

可能 resize() 还糅合了动态扩容的逻辑,什么都有 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,什么都有 位于旧和新两组数据。

当亲戚亲戚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,也因此新创建的 table 会是亲戚亲戚另一个人构造的 HashMap 时指定的容量值。

以也有进入代码 的逻辑,其中就通过装载因子(loadFactor)调整了新的阈值(newThr),当然这里也做了或多或少限制都要让 newThr 在另一四个 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,我我觉得亲戚亲戚另一个人在初始化时,传递进来的 initialCapacity 我我觉得被赋值给 threshold,因此它实际是 table 的尺寸,因此最终会通过 loadFactor 重新调整 threshold

如此 回到但是的间题报告 也有答案了,我我觉得 HashMap 初始容量指定为 30,因此它因此表示 table 数组为 30,扩容的重要措施扩容阈值会在 resize() 中调整为 768(1024 * 0.75)。

它是过低以承载 30 条数据的,最终在存够 1k 条数据但是,也有触发一次动态扩容。

通常在初始化 HashMap 时,初始容量也有根据业务来的,而不让是另一四个 固定值,为此亲戚亲戚另一个人都要有另一四个 特殊正确处理的措施,因此将预期的初始容量,再除以 HashMap 的装载因子,默认时因此除以 0.75。

这名想要用 HashMap 存放 1k 条数据,应该设置 30 / 0.75,实际传递进去的值是 1333,然也有被 tableSizeFor() 措施调整到 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 300 / 0.75,实际传递进去的值是 13333,会被调整到 16384,和亲戚亲戚另一个人直接传递 300 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,应该怎样才能科学的计算,本质上你传递进去的值可能并无法直接存储如此 多数据,会有另一四个 动态调整的过程。其中就都要将亲戚亲戚另一个人预期的值进行放大,比较科学的因此措施装载因子进行放大。

最后亲戚亲戚另一个人再总结一下:

  1. HashMap 构造措施传递的 initialCapacity,我我觉得在正确处理后被存入了 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,以方便在扩容的但是,计算数据在 newTable 中的位置。
  3. 可能设置了 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 有无扩容,由 threshold 决定,而 threshold 又由初始容量和 loadFactor 决定。
  5. 可能亲戚亲戚另一个人预先知道 HashMap 数据量范围,可促进够预设 HashMap 的容量值来提升速率,因此都要注意要考虑装载因子的影响,促进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有 ,因此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。我我觉得不少人也搞不清楚,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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