[Map]-2-HashMap中傻傻分不清楚的那些概念

深藏阁楼爱情的钟 2022-05-23 02:22 97阅读 0赞

HashMap中重要的成员变量

先来看一下，HashMap中都定义了哪些成员变量。

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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`和`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：

*  transient int size; 
    
     *  记录了Map中KV对的个数
 *  loadFactor 
    
     *  装载印子，用来衡量HashMap满的程度。loadFactor的默认值为0.75f（`static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;`）。
 *  int threshold; 
    
     *  临界值，当实际KV个数超过threshold时，HashMap会将容量扩容，threshold＝容量\*加载因子
 *  除了以上这些重要成员变量外，HashMap中还有一个和他们紧密相关的概念：capacity 
    
     *  容量，如果不指定，默认容量是16(`static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;`)

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);
    map.put("hahaha", "hollischuang");
    
    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);
    map.put("hahaha", "hollischuang");
    
    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);
    map.put("hahaha", "hollischuang");
    
    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->2、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（capacity为2也同样）。

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

转自Hollis公众号

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