HashMap(JDK1.8)的扩容时机与阈值的探讨

最近又开始复习一些基础知识,发现网上很多关于HashMap的总结有一些问题,尤其是扩容的时机和阈值的确定仍然有一些疑问,因此果断还是自己看看源码。

本文只指出部分关于扩容的问题,其他详细分析可以参考其他文章。

究竟什么时候扩容

  • 当put时发现table未初始化时,进行初始化扩容
  • 当put加入节点后,发现size(键值对数量)>threshold时,进行扩容

在下列源码中分别对应注释

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final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length; //初始化扩容
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize(); //超过阈值扩容
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}

阈值是如何确定的

其实最关键的就是阈值的确定,网上大部分文章只说了阈值是 load factor*current capacity,这个结论是正确的,但整个过程是根据使用的构造函数而有所不同的。
接下来我们只分析阈值和容量的关系。
下面是resize的部分代码

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final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;

/*** 这里省略table表的变化过程***/
}

无参构造函数

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public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}

可以看到这里的无参构造函数只初始化了负载因子为默认值0.75。
== 注意,此时hashmap的table,threshold都还没用初始化,即此时的容量为0,阈值也为0。==
而在第一次put时,检查table==null,进行第一次resize
在这里插入图片描述
此时在resize中会进入下面的分支
在这里插入图片描述
所以容量cap为默认值16,阈值threshold为 16*0.75=12。
而在之后的每次扩容中,容量和阈值都变为原来的两倍。
即两者仍然保持着0.75的比例。

带参数的构造函数

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public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
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public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}

以上代码除了参数的合法判断以外,主要设置了负载因子和阈值,而阈值由tableSizeFor()函数确定。

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/**
* Returns a power of two size for the given target capacity.
*/
static final int tableSizeFor(int cap) {
int n = cap - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

可以看到注释,阈值threshold将被设置为最接近给定参数的2^n^的值。
==注意,此时只设置了阈值,table还没初始化,即容量cap还为0。==

同样是在put时,首次进行扩容,而扩容的分支如下
在这里插入图片描述
可以看到,容量cap被设置为了刚刚计算出的阈值2^n^,而阈值被重新设置为cap*loadFactor。虽然两者仍然保持着loadFactor的比例,但是先设置了阈值,然后赋值给了容量,再根据容量和负载因子重新计算阈值。这个过程中,阈值担当了一个中间变量的角色。

而在后续的扩容过程中,容量和阈值仍然保持着负载因子的比例关系,并同时变为原来的两倍。

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