阿里《JAVA开发手册》为什么建议设置HashMap的初始容量,设置多少合适

Posted 琦彦

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了阿里《JAVA开发手册》为什么建议设置HashMap的初始容量,设置多少合适相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

 

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要设置HashMap的初始化容量

HashMap初始化容量设置多少合适


 

集合是Java开发日常开发中经常会使用到的,而作为一种典型的K-V结构的数据结构,HashMap对于Java开发者一定不陌生。

关于HashMap,很多人都对他有一些基本的了解,比如他和hashtable之间的区别、他和concurrentHashMap之间的区别等。这些都是比较常见的,关于HashMap的一些知识点和面试题,想来大家一定了熟于心了,并且在开发中也能有效的应用上。

但是,作者在很多次 CodeReview 以及面试中发现,有一个比较关键的小细节经常被忽视,那就是HashMap创建的时候,要不要指定容量?如果要指定的话,多少是合适的?为什么?

要设置HashMap的初始化容量

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。

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。

更多可以参考: 为什么HashMap的加载因子是0.75?

所以,如果我们没有设置初始容量大小,随着元素的不断增加,HashMap会发生多次扩容,而HashMap中的扩容机制决定了每次扩容都需要重建hash表,是非常影响性能的。

所以,首先可以明确的是,我们建议开发者在创建HashMap的时候指定初始化容量。并且《阿里巴巴开发手册》中也是这么建议的:

 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)

HashMap初始化容量设置多少合适

那么,既然建议我们集合初始化的时候,要指定初始值大小,那么我们创建HashMap的时候,到底指定多少合适呢?

有些人会自然想到,我准备塞多少个元素我就设置成多少呗。比如我准备塞7个元素,那就new HashMap(7)。

但是,这么做不仅不对,而且以上方式创建出来的Map的容量也不是7。

因为,当我们使用HashMap(int initialCapacity)来初始化容量的时候,HashMap并不会使用我们传进来的initialCapacity直接作为初始容量。

JDK会默认帮我们计算一个相对合理的值当做初始容量。所谓合理值,其实是找到第一个比用户传入的值大的2的幂。

也就是说,当我们new HashMap(7)创建HashMap的时候,JDK会通过计算,帮我们创建一个容量为8的Map;当我们new HashMap(9)创建HashMap的时候,JDK会通过计算,帮我们创建一个容量为16的Map。

但是,这个值看似合理,实际上并不尽然。因为HashMap在根据用户传入的capacity计算得到的默认容量,并没有考虑到loadFactor这个因素,只是简单机械的计算出第一个大约这个数字的2的幂。

loadFactor是负载因子,当HashMap中的元素个数(size)超过 threshold = loadFactor * capacity时,就会进行扩容。

也就是说,如果我们设置的默认值是7,经过JDK处理之后,HashMap的容量会被设置成8,但是,这个HashMap在元素个数达到 8*0.75 = 6的时候就会进行一次扩容,这明显是我们不希望见到的。

那么,到底设置成什么值比较合理呢?

这里我们可以参考JDK8中putAll方法中的实现的,这个实现在guava(21.0版本)也被采用。

这个值的计算方法就是:

return (int) ((float) expectedSize / 0.75F + 1.0F);

比如我们计划向HashMap中放入7个元素的时候,我们通过expectedSize / 0.75F + 1.0F计算,7/0.75 + 1 = 10 ,10经过JDK处理之后,会被设置成16,这就大大的减少了扩容的几率。

当HashMap内部维护的哈希表的容量达到75%时(默认情况下),会触发rehash,而rehash的过程是比较耗费时间的。

所以初始化容量要设置成expectedSize/0.75 + 1的话,可以有效的减少冲突也可以减小误差。(大家结合这个公式,好好理解下这句话)

所以,我们可以认为,当我们明确知道HashMap中元素的个数的时候,把默认容量设置成expectedSize / 0.75F + 1.0F 是一个在性能上相对好的选择,但是,同时也会牺牲些内存。

这个算法在guava中有实现,开发的时候,可以直接通过Maps类创建一个HashMap:

Map<String, String> map = Maps.newHashMapWithExpectedSize(7);

其代码实现如下:

public static <K, V> HashMap<K, V> newHashMap(Map<? extends K, ? extends V> map) {
    return new HashMap<>(map);
  }

  /**
   * Creates a {@code HashMap} instance, with a high enough "initial capacity" that it <i>should</i>
   * hold {@code expectedSize} elements without growth. This behavior cannot be broadly guaranteed,
   * but it is observed to be true for OpenJDK 1.7. It also can't be guaranteed that the method
   * isn't inadvertently <i>oversizing</i> the returned map.
   *
   * @param expectedSize the number of entries you expect to add to the returned map
   * @return a new, empty {@code HashMap} with enough capacity to hold {@code expectedSize} entries
   *     without resizing
   * @throws IllegalArgumentException if {@code expectedSize} is negative
   */
  public static <K, V> HashMap<K, V> newHashMapWithExpectedSize(int expectedSize) {
    return new HashMap<>(capacity(expectedSize));
  }

  /**
   * Returns a capacity that is sufficient to keep the map from being resized as long as it grows no
   * larger than expectedSize and the load factor is ≥ its default (0.75).
   */
  static int capacity(int expectedSize) {
    if (expectedSize < 3) {
      checkNonnegative(expectedSize, "expectedSize");
      return expectedSize + 1;
    }
    if (expectedSize < Ints.MAX_POWER_OF_TWO) {
      // This is the calculation used in JDK8 to resize when a putAll
      // happens; it seems to be the most conservative calculation we
      // can make.  0.75 is the default load factor.
      return (int) ((float) expectedSize / 0.75F + 1.0F);
    }
    return Integer.MAX_VALUE; // any large value
  }

但是,以上的操作是一种用内存换性能的做法,真正使用的时候,要考虑到内存的影响。但是,大多数情况下,我们还是认为内存是一种比较富裕的资源。

但是话又说回来了,有些时候,我们到底要不要设置HashMap的初识值,这个值又设置成多少,真的有那么大影响吗?其实也不见得!

可是,大的性能优化,不就是一个一个的优化细节堆叠出来的吗?

再不济,以后你写代码的时候,使用Maps.newHashMapWithExpectedSize(7);的写法,也可以让同事和老板眼前一亮。

或者哪一天你碰到一个面试官问你一些细节的时候,你也能有个印象,或者某一天你也可以拿这个出去面试问其他人~!啊哈哈哈。

参考链接: 

https://blog.csdn.net/u014532901/article/details/78936283

https://github.com/jifuwei/blog/issues/19

以上是关于阿里《JAVA开发手册》为什么建议设置HashMap的初始容量,设置多少合适的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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