HashMap使用HashMap(int initialCapacity)對(duì)集合進(jìn)行初始化。

在默認(rèn)的情況下，HashMap的容量是16。但是如果用戶通過構(gòu)造函數(shù)指定了一個(gè)數(shù)字作為容量，那么Hash會(huì)選擇大于該數(shù)字的第一個(gè)2的冪作為容量。比如如果指定了3，則容量是4；如果指定了7，則容量是8；如果指定了9，則容量是16。

為什么要設(shè)置HashMap的初始化容量

在《阿里巴巴Java開發(fā)手冊(cè)》中，有一條開發(fā)建議是建議我們?cè)O(shè)置HashMap的初始化容量。

下面我們通過具體的代碼來了解下為什么會(huì)這么建議。

我們先來寫一段代碼在JDK1.7的環(huán)境下運(yùn)行，來分別測試下，在不指定初始化容量和指定初始化容量的情況下性能情況的不同。

public static void main(String[] args) {
 int aHundredMillion = 10000000;

 // 未初始化容量
 Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
 long s1 = System.currentTimeMillis();
 for (int i = 0; i < aHundredMillion; i++) {
  map.put(i, i);
 }
 long s2 = System.currentTimeMillis();
 System.out.println("未初始化容量，耗時(shí)： " + (s2 - s1)); // 14322

 // 初始化容量為50000000
 Map<Integer, Integer> map1 = new HashMap<>(aHundredMillion / 2);
 long s3 = System.currentTimeMillis();
 for (int i = 0; i < aHundredMillion; i++) {
  map1.put(i, i);
 }
 long s4 = System.currentTimeMillis();
 System.out.println("初始化容量5000000，耗時(shí)： " + (s4 - s3)); // 11819

 // 初始化容量為100000000
 Map<Integer, Integer> map2 = new HashMap<>(aHundredMillion);
 long s5 = System.currentTimeMillis();
 for (int i = 0; i < aHundredMillion; i++) {
  map2.put(i, i);
 }
 long s6 = System.currentTimeMillis();
 System.out.println("初始化容量為10000000，耗時(shí)： " + (s6 - s5)); // 7978
}

從以上的代碼不難理解，我們創(chuàng)建了3個(gè)HashMap，分別使用默認(rèn)的容量（16）、使用元素個(gè)數(shù)的一半（5千萬）作為初始容量和使用元素個(gè)數(shù)（一億）作為初始容量進(jìn)行初始化，然后分別向其中put一億個(gè)KV。

從上面的打印結(jié)果中可以得到一個(gè)初步的結(jié)論：在已知HashMap中將要存放的KV個(gè)數(shù)的時(shí)候，設(shè)置一個(gè)合理的初始化容量可以有效地提高性能。下面我們來簡單分析一下原因。

我們知道，HashMap是有擴(kuò)容機(jī)制的。所謂的擴(kuò)容機(jī)制，指的是當(dāng)達(dá)到擴(kuò)容條件的時(shí)候，HashMap就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行擴(kuò)容。而HashMap的擴(kuò)容條件就是當(dāng)HashMap中的元素個(gè)數(shù)（Size）超過臨界值（Threshold）的情況下就會(huì)自動(dòng)擴(kuò)容。

threshold = loadFactor * capacity

在元素個(gè)數(shù)超過臨界值的情況下，隨著元素的不斷增加，HashMap就會(huì)發(fā)生擴(kuò)容，而HashMap中的擴(kuò)容機(jī)制決定了每次擴(kuò)容都需要重建hash表，這一操作需要消耗大量資源，是非常影響性能的。因此，如果我們沒有設(shè)置初始的容量大小，HashMap就可能會(huì)不斷發(fā)生擴(kuò)容，也就使得程序的性能降低了。

另外，在上面的代碼中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，同樣是設(shè)置了初始化容量，設(shè)置的數(shù)值不同也會(huì)影響性能，那么當(dāng)我們已知HashMap中即將存放的KV個(gè)數(shù)的時(shí)候，容量的設(shè)置就成了一個(gè)問題。

HashMap中容量的初始化

開頭提到，在默認(rèn)的情況下，當(dāng)我們?cè)O(shè)置HashMap的初始化容量時(shí)，實(shí)際上HashMap會(huì)采用第一個(gè)大于該數(shù)值的2的冪作為初始化容量。

Map<String, String> map = new HashMap<>(1);
map.put("huangq", "yanggb");

Class<?> mapType = map.getClass();
Method capacity = mapType.getDeclaredMethod("capacity");
capacity.setAccessible(true);
System.out.println("capacity : " + capacity.invoke(map)); // 2

當(dāng)初始化的容量設(shè)置成1的時(shí)候，通過反射取出來的capacity卻是2。在JDK1.8中，如果我們傳入的初始化容量為1，實(shí)際上設(shè)置的結(jié)果也是1。上面的代碼打印的結(jié)果為2的原因，是代碼中給map塞入值的操作導(dǎo)致了擴(kuò)容，容量從1擴(kuò)容到了2。事實(shí)上，在JDK1.7和JDK1.8中，HashMap初始化容量（capacity）的時(shí)機(jī)不同。在JDK1.8中，調(diào)用HashMap的構(gòu)造函數(shù)定義HashMap的時(shí)候，就會(huì)進(jìn)行容量的設(shè)定。而在JDK1.7中，要等到第一次put操作時(shí)才進(jìn)行這一操作。

因此，當(dāng)我們通過HashMap(int initialCapacity)設(shè)置初始容量的時(shí)候，HashMap并不一定會(huì)直接采用我們傳入的數(shù)值，而是經(jīng)過計(jì)算，得到一個(gè)新值，目的是提高h(yuǎn)ash的效率。比如1->1、3->4、7->8和9->16。

HashMap中初始容量的合理值

通過上面的分析我們可以知道，當(dāng)我們使用HashMap(int initialCapacity)來初始化容量的時(shí)候，JDK會(huì)默認(rèn)幫我們計(jì)算一個(gè)相對(duì)合理的值當(dāng)做初始容量。那么，是不是我們只需要把已知的HashMap中即將存放的元素個(gè)數(shù)直接傳給initialCapacity就可以了呢？

initialCapacity = (需要存儲(chǔ)的元素個(gè)數(shù) / 負(fù)載因子) + 1

這里的負(fù)載因子就是loaderFactor，默認(rèn)值為0.75。

initialCapacity = expectedSize / 0.75F + 1.0F

上面這個(gè)公式是《阿里巴巴Java開發(fā)手冊(cè)》中的一個(gè)建議，在Guava中也是提供了相同的算法，更甚之，這個(gè)算法實(shí)際上是JDK8中putAll()方法的實(shí)現(xiàn)。這是公式的得出是因?yàn)椋?dāng)HashMap內(nèi)部維護(hù)的哈希表的容量達(dá)到75%時(shí)（默認(rèn)情況下），就會(huì)觸發(fā)rehash（重建hash表）操作。而rehash的過程是比較耗費(fèi)時(shí)間的。所以初始化容量要設(shè)置成expectedSize/0.75 + 1的話，可以有效地減少?zèng)_突，也可以減小誤差。

總結(jié)

當(dāng)我們想要在代碼中創(chuàng)建一個(gè)HashMap的時(shí)候，如果我們已知這個(gè)Map中即將存放的元素個(gè)數(shù)，給HashMap設(shè)置初始容量可以在一定程度上提升效率。

但是，JDK并不會(huì)直接拿用戶傳進(jìn)來的數(shù)字當(dāng)做默認(rèn)容量，而是會(huì)進(jìn)行一番運(yùn)算，最終得到一個(gè)2的冪。而為了最大程度地避免擴(kuò)容帶來的性能消耗，通常是建議可以把默認(rèn)容量的數(shù)字設(shè)置成expectedSize / 0.75F + 1.0F。

在日常開發(fā)中，可以使用Guava提供的一個(gè)方法來創(chuàng)建一個(gè)HashMap，計(jì)算的過程Guava會(huì)幫我們完成。

Map<String, String> map = Maps.newHashMapWithExpectedSize(10);

最后要說的一點(diǎn)是，這種算法實(shí)際上是一種使用內(nèi)存換取性能的做法，在真正的應(yīng)用場景中要考慮到內(nèi)存的影響。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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