合理设置 HashMap 初始值大小

码农UP2U

发布于 2022-09-01 11:37:56

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发布于 2022-09-01 11:37:56

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在 Java 开发中少不了使用 HashMap，但是通常使用 HashMap 时就是简单的进行 new 一下就可以开始使用了。比如这样：

HashMap<String, Object> param = new HashMap<>();

这样使用并不会有什么问题，但是如果在创建 HashMap 时如果可以预估集合的大小时，可以给 HashMap 指定一个大小。

HashMap 的底层结构

HashMap 在底层使用了数组、链表及红黑树这几种数据结构，其中数组作为其基本的存储结构，而链表和红黑树则是用来解决哈希冲突的一种方法。这里只关心数组这部分。

数组是一片连续的内存空间，初始化后大小无法改变。而数组作为 HashMap 的底层数据结构，那么当数据的数量超出数组的长度时，仍然想要往其中存入数据时，就会对数组进行“扩容”。所谓的扩容就是重新开辟一块长度更长的内存作为当前 HashMap 的底层数据结构，然后将数据复制到新的空间当中。

由此可以看出，HashMap 的扩容会给程序带来性能上的损耗。

HashMap 的扩容

关于HashMap 的扩容，有几个相关的属性，这些属性决定了 HashMap 的扩容时机，属性分别如下：

capacity：表示 HashMap 的容量，即实际数组的长度，该长度默认为 16，也就是说在实例化 HashMap 时没有指定它的容量时，它的容量默认为 16，代码如下：

// Constructs an empty HashMap with the default initial capacity (16) and the default load factor (0.75).
public HashMap() {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}

从上面的注释中可以看出，在调用无参的构造方法时，HashMap 默认的容量是 16，且 loadFactor 的值为 0.75。

loadFactor：表示 HashMap 的扩容因子（加载因子、负荷因子），它确定了 HashMap 进行扩容的一个比例。该扩容因子的默认值为 0.75。

threshold：扩容的阈值，该值是 capacity * load factor 计算得到值。根据默认的 capacity 和 loadFactor 得知，16 * 0.75 = 12，那么当数组内的元素大于 12 时则进行扩容。在 HashMap 中有一个属性 size，用来表示数组的大小，通常通过 size() 方法获取。HashMap 的扩容是当前容量乘以 2 的大小。

代码演示扩容的实际情况

通过一段代码来验证一下 HashMap 在默认容量情况下的一次扩容。测试代码如下：

public class HashMapTest
{
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();

        for (Integer i = 1; i <= 16; i ++) {
            map.put(i.toString(), i);
            System.out.println("i = " + i + ", map size = " + map.size() + ", map capacity = " + tableLength(map));
        }
    }

    public static int tableLength(HashMap<?, ?> map) throws Exception {
        Field table = HashMap.class.getDeclaredField("table");
        table.setAccessible(true);
        Object[] obj = (Object[]) table.get(map);
        return obj.length;
    }
}

来观察它的输出情况，输出如下：

i = 1, map size = 1, map capacity = 16
i = 2, map size = 2, map capacity = 16
i = 3, map size = 3, map capacity = 16
i = 4, map size = 4, map capacity = 16
i = 5, map size = 5, map capacity = 16
i = 6, map size = 6, map capacity = 16
i = 7, map size = 7, map capacity = 16
i = 8, map size = 8, map capacity = 16
i = 9, map size = 9, map capacity = 16
i = 10, map size = 10, map capacity = 16
i = 11, map size = 11, map capacity = 16
i = 12, map size = 12, map capacity = 16
i = 13, map size = 13, map capacity = 32
i = 14, map size = 14, map capacity = 32
i = 15, map size = 15, map capacity = 32
i = 16, map size = 16, map capacity = 32

从上面的情况可以看出，在 HashMap 中存入第 13 个数据时，capacity 的值变为了 32。

实例化 HashMap 设置初始化大小

在使用 HashMap 时，我们有时会用它传递参数，或者返回一些值。在这种类似的情况下，我们在实例化 HashMap 时可以为其设置一个初始值。设置初始值，可以 HashMap 在初始化时不必开辟过多的内存，也可以避免不断的进行扩容。

比如，我们使用 HashMap 传参时，可能固定的传递 4 个参数，那么 HashMap 默认使用 16 个容量，就显得有点多了。那么如果 HashMap 有 4 个值，应该设置为多少呢。只需要使用值的个数除以 loadFactor，然后向上取整即可。比如 4 除以 0.75 等于 5.3，此时我们初始化大小为 6 即可。我们进行测试。代码如下：

public static void main(String[] args) throws Exception
{
    HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>(6);

    for (Integer i = 1; i <= 4; i ++) {
        map.put(i.toString(), i);
        System.out.println("i = " + i + ", map size = " + map.size() + ", map capacity = " + tableLength(map));
    }
}

输出内容如下：

i = 1, map size = 1, map capacity = 8
i = 2, map size = 2, map capacity = 8
i = 3, map size = 3, map capacity = 8
i = 4, map size = 4, map capacity = 8

此时，可以看到 HashMap 并没有发生扩容，但是它的容量也不是我们指定的 6，因为 HashMap 会对我们的初始容量找一个大于它的、2 的幂次的值。那么比 6 大的，且是 2 的幂次的值就是 8，8 是 2 的 3 次幂。

总结

本文介绍了关于 HashMap 中影响其扩容的几个属性，通过这几个属性也了解了如何合理的设置 HashMap 初始值的大小。希望对你有所帮助。

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原始发表：2022-05-09，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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