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HashMap中傻傻分不清楚的那些概念

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很多人在通过阅读源码的方式学习Java,这是个很好的方式。而JDK的源码自然是首选。在JDK的众多类中,我觉得HashMap及其相关的类是设计的比较好的。很多人读过HashMap的代码,不知道你们有没有和我一样,觉得HashMap中关于容量相关的参数定义的太多了,傻傻分不清楚。

其实,这篇文章介绍的内容比较简单,只要认真的看看HashMap的原理还是可以理解的,单独写一篇文章的原因是因为我后面还有几篇关于HashMap源码分析的文章,这些概念不熟悉的话阅读后面的文章会很吃力。

先来看一下,HashMap中都定义了哪些成员变量。

paramInMap

上面是一张HashMap中主要的成员变量的图,其中有一个是我们本文主要关注的: size loadFactor threshold DEFAULT_LOAD_FACTOR DEFAULT_INITIAL_CAPACITY

我们先来简单解释一下这些参数的含义,然后再分析他们的作用。

HashMap类中有以下主要成员变量:

可能看完了你还是有点蒙,size和capacity之间有啥关系?为啥要定义这两个变量。loadFactor和threshold又是干啥的?

size 和 capacity

HashMap中的size和capacity之间的区别其实解释起来也挺简单的。我们知道,HashMap就像一个“桶”,那么capacity就是这个桶“当前”最多可以装多少元素,而size表示这个桶已经装了多少元素。来看下以下代码:

    Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
    map.put("hollis", "hollischuang");
    Class<?> mapType = map.getClass();
    Method capacity = mapType.getDeclaredMethod("capacity");
    capacity.setAccessible(true);
    System.out.println("capacity : " + capacity.invoke(map));
    Field size = mapType.getDeclaredField("size");
    size.setAccessible(true);
    System.out.println("size : " + size.get(map));

我们定义了一个新的HashMap,并想其中put了一个元素,然后通过反射的方式打印capacity和size。输出结果为: capacity : 16、size : 1

默认情况下,一个HashMap的容量(capacity)是16,设计成16的好处我在《 全网把Map中的hash()分析的最透彻的文章,别无二家。 》中也简单介绍过,主要是可以使用按位与替代取模来提升hash的效率。

为什么我刚刚说capacity就是这个桶“当前”最多可以装多少元素呢?当前怎么理解呢。其实,HashMap是具有扩容机制的。在一个HashMap第一次初始化的时候,默认情况下他的容量是16,当达到扩容条件的时候,就需要进行扩容了,会从16扩容成32。

我们知道,HashMap的重载的构造函数中,有一个是支持传入initialCapacity的,那么我们尝试着设置一下,看结果如何。

    Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(1);
    Class<?> mapType = map.getClass();
    Method capacity = mapType.getDeclaredMethod("capacity");
    capacity.setAccessible(true);
    System.out.println("capacity : " + capacity.invoke(map));
    Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(7);
    Class<?> mapType = map.getClass();
    Method capacity = mapType.getDeclaredMethod("capacity");
    capacity.setAccessible(true);
    System.out.println("capacity : " + capacity.invoke(map));
    Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(9);
    Class<?> mapType = map.getClass();
    Method capacity = mapType.getDeclaredMethod("capacity");
    capacity.setAccessible(true);
    System.out.println("capacity : " + capacity.invoke(map));

分别执行以上3段代码,分别输出: capacity : 2、capacity : 8、capacity : 16

也就是说,默认情况下HashMap的容量是16,但是,如果用户通过构造函数指定了一个数字作为容量,那么Hash会选择大于该数字的第一个2的幂作为容量。(1->1、7->8、9->16)

这里有一个小建议:在初始化HashMap的时候,应该尽量指定其大小。尤其是当你已知map中存放的元素个数时。(《阿里巴巴Java开发规约》)

loadFactor 和 threshold

前面我们提到过,HashMap有扩容机制,就是当达到扩容条件时会进行扩容,从16扩容到32、64、128…

那么,这个扩容条件指的是什么呢?

其实,HashMap的扩容条件就是当HashMap中的元素个数(size)超过临界值(threshold)时就会自动扩容。

在HashMap中,threshold = loadFactor * capacity。

loadFactor是装载因子,表示HashMap满的程度,默认值为0.75f,设置成0.75有一个好处,那就是0.75正好是3/4,而capacity又是2的幂。所以,两个数的乘积都是整数。

对于一个默认的HashMap来说,默认情况下,当其size大于12(16*0.75)时就会触发扩容。

验证代码如下:

    Map<String, String> map = new HashMap<>();
    map.put("hollis1", "hollischuang");
    map.put("hollis2", "hollischuang");
    map.put("hollis3", "hollischuang");
    map.put("hollis4", "hollischuang");
    map.put("hollis5", "hollischuang");
    map.put("hollis6", "hollischuang");
    map.put("hollis7", "hollischuang");
    map.put("hollis8", "hollischuang");
    map.put("hollis9", "hollischuang");
    map.put("hollis10", "hollischuang");
    map.put("hollis11", "hollischuang");
    map.put("hollis12", "hollischuang");
    Class<?> mapType = map.getClass();
    Method capacity = mapType.getDeclaredMethod("capacity");
    capacity.setAccessible(true);
    System.out.println("capacity : " + capacity.invoke(map));
    Field size = mapType.getDeclaredField("size");
    size.setAccessible(true);
    System.out.println("size : " + size.get(map));
    Field threshold = mapType.getDeclaredField("threshold");
    threshold.setAccessible(true);
    System.out.println("threshold : " + threshold.get(map));
    Field loadFactor = mapType.getDeclaredField("loadFactor");
    loadFactor.setAccessible(true);
    System.out.println("loadFactor : " + loadFactor.get(map));
    map.put("hollis13", "hollischuang");
    Method capacity = mapType.getDeclaredMethod("capacity");
    capacity.setAccessible(true);
    System.out.println("capacity : " + capacity.invoke(map));
    Field size = mapType.getDeclaredField("size");
    size.setAccessible(true);
    System.out.println("size : " + size.get(map));
    Field threshold = mapType.getDeclaredField("threshold");
    threshold.setAccessible(true);
    System.out.println("threshold : " + threshold.get(map));
    Field loadFactor = mapType.getDeclaredField("loadFactor");
    loadFactor.setAccessible(true);
    System.out.println("loadFactor : " + loadFactor.get(map));

输出结果:

capacity : 16
size : 12
threshold : 12
loadFactor : 0.75
capacity : 32
size : 13
threshold : 24
loadFactor : 0.75

当HashMap中的元素个数达到13的时候,capacity就从16扩容到32了。

HashMap中还提供了一个支持传入initialCapacity,loadFactor两个参数的方法,来初始化容量和装载因子。不过,一般不建议修改loadFactor的值。

总结

HashMap中size表示当前共有多少个KV对,capacity表示当前HashMap的容量是多少,默认值是16,每次扩容都是成倍的。loadFactor是装载因子,当Map中元素个数超过 loadFactor* capacity 的值时,会触发扩容。 loadFactor* capacity 可以用threshold表示。

PS:文中分析基于JDK1.8.0_73

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(全文完)
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作者:HollisChuang's Blog
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原文地址:HashMap中傻傻分不清楚的那些概念, 感谢原作者分享。

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