【从Java面试题看源码】-HashMap 初始容量 计算方法

HashMap 初始容量 计算方法

如果在new HashMap的时候,没有指定初始initialCapacity,则初始initialCapacity为16,负载因子为0.75,下次扩容阈值为 16*0.75=12

这个初始容量 不一定等于初始化完成后底层数组实际的容量,因为存在阈值的计算,方法如下;也不是初始容量是多少开始就能存多少个元素,因为存在负载因子,在底层数组还没满的时候就会进行扩容。

阈值计算方法为:

代码语言:javascript
复制
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;
}

该方法计算大于等于输入参数并最接近参数的2的整数次幂的数,如10,返回16

cap -1 ,-1是为了在计算的时候能得到大于等于输入参数的值

在HashMap 进行put方法的时候,如果判断已有的元素大于 阈值就会触发扩容计算,扩容步骤如代码所示:

代码语言:javascript
复制
final Node<K,V>[] resize() {
//原table数组赋值
   Node<K,V>[] oldTab = table;
//如果原数组为null,那么原数组长度为0
   int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
//赋值阈值
   int oldThr = threshold;
//newCap 新数组长度
//newThr 下次扩容的阈值
   int newCap, newThr = 0;
// 1. 如果原数组长度大于0
   if (oldCap > 0) {
       //如果大于最大长度1 << 30 = 1073741824,那么阈值赋值为Integer.MAX_VALUE后直接返回
       if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
           threshold = Integer.MAX_VALUE;
           return oldTab;
       }
       // 2. 如果原数组长度的2倍小于最大长度,并且原数组长度大于默认长度16,那么新阈值为原阈值的2倍
       else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
           newThr = oldThr << 1; // double threshold
   }
// 3. 如果原数组长度等于0,但原阈值大于0,那么新的数组长度赋值为原阈值大小
   else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
       newCap = oldThr;
   else {               // zero initial threshold signifies using defaults
       // 4. 如果原数组长度为0,阈值为0,那么新数组长度,新阈值都初始化为默认值
       newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
       newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
   }
// 5.如果新的阈值等于0
   if (newThr == 0) {
       //计算临时阈值
       float ft = (float)newCap * loadFactor;
       //新数组长度小于最大长度,临时阈值也小于最大长度,新阈值为临时阈值,否则是Integer.MAX_VALUE
       newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                 (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
   }
//计算出来的新阈值赋值给对象的阈值
   threshold = newThr;
   @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
//用新计算的数组长度新建一个Node数组,并赋值给对象的table
       Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
   table = newTab;
//后面是copy数组和链表数据逻辑
   if (oldTab != null) {
       for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
           Node<K,V> e;
           if ((e = oldTab[j]) != null) {
               oldTab[j] = null;
               if (e.next == null)
                   newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
               else if (e instanceof TreeNode)
                   ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
               else { // preserve order
                   Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                   Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                   Node<K,V> next;
                   do {
                       next = e.next;
                       if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                           if (loTail == null)
                               loHead = e;
                           else
                               loTail.next = e;
                           loTail = e;
                       }
                       else {
                           if (hiTail == null)
                               hiHead = e;
                           else
                               hiTail.next = e;
                           hiTail = e;
                       }
                   } while ((e = next) != null);
                   if (loTail != null) {
                       loTail.next = null;
                       newTab[j] = loHead;
                   }
                   if (hiTail != null) {
                       hiTail.next = null;
                       newTab[j + oldCap] = hiHead;
                   }
               }
           }
       }
   }
   return newTab;
}

总结:

如下3种情况,例子需要自己调式,主要关注数组长度(OldCap,newCap)新老变化,扩容阈值(oldThr,newThr)新老变化

代码语言:javascript
复制
//①
Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("1", "1");
//②
Map<String, String> map1 = new HashMap<>(2);
map1.put("2", "2");
//③
Map<String, String> map2 = new HashMap<>(2, 0.5f);
map2.put("3", "3");

① 没有设置initialCapacity,也没有设置负载因子,第一次put的时候会触发扩容

第一次的时候,数组长度为默认值16,阈值为160.75=12,走的代码4逻辑,等到数组长度超过阈值12后,触发第二次扩容,此时table数组,和threshold都不为0,即oldTab、oldCap、oldThr都不为0,先走代码1,如果oldCap长度的2倍没有超过最大容量,并且oldCap 长度大于等于 默认容量16,那么下次扩容的阈值 变为oldThr大小的两倍即 12 2 = 24,newThr = 24,newCap=32

② 设置了initialCapacity,没有设置负载因子,此时hashMap使用默认负载因子0.75,本实例设置的初始容量为2,通过计算阈值为2,第一次put的时候由于还没初始化table数组,因此触发第一次扩容。此时oldCap为0,oldThr为2,走代码3,确定这次扩容的新数组大小为2,此时还没有确定newThr 下次扩容的大小,于是进入代码5 确定newThr为 2 0.75 = 1.5 取整 1 ,及下次扩容阈值为1。当数组已有元素大于阈值及1时,触发第二次扩容,此时oldCap为1,oldThr为1,走代码1newCap = oldCap << 1 结果为 4 小于最大容量, 但oldCap 小于hashMap默认大小16,结果为false,跳出判断,此时由于newThr等于0,进入代码5,确定newThr为 4 0.75 = 3,下次扩容阈值为3

③ 设置了initialCapacity=2,负载因子为0.5,通过tableSizeFor计算阈值为2,第一次put的时候,进行扩容,此时oldCap为2,oldThr为2,进入代码1,同实例②,newCap = oldCap << 1 结果为 4 小于最大容量, 但oldCap 小于hashMap默认大小16,结果为false,跳出判断,进入代码5,确定newThr为 4 * 0.5 = 2,下次扩容阈值为2

面试回答要素

  1. 回答什么情况下会第一扩容,举例说明,新数组大小,阈值大小
  2. 以后什么情况下会再次扩容,这次是怎么计算新数组大小,及阈值大小的

作者热门文章推荐:

Java面试题专栏:

《从Java面试题看源码》-LongAdder、LongAccumulator是个什么东西?

《从Java面试题来看源码》-LinkedBlockingQueue 源码分析

《从Java面试题看源码》-有哪些并发队列?及ConcurrentLinkedQueue 源码分析

《从Java面试题看源码》-看完Kafka性能优化-让你吊打面试官

《从Java面试题看源码》-默认线程池阻塞队列为什么用LinkedBlockingQueue