HashMap的擴容機制

閱讀此文章前最好看一下介紹HashMap的實現原理：

葉文潔：HashMap的實現原理​zhuanlan.zhihu.com

 

為了方便說明，這里明確幾個名詞：

• capacity 即容量，默認16。
• loadFactor 加載因子，默認是0.75
• threshold 閾值。閾值=容量*加載因子。默認12。當元素數量超過閾值時便會觸發擴容。

 

什么時候觸發擴容？

一般情況下，當元素數量超過閾值時便會觸發擴容。每次擴容的容量都是之前容量的2倍。

HashMap的容量是有上限的，必須小於1<<30，即1073741824。如果容量超出了這個數，則不再增長，且閾值會被設置為Integer.MAX_VALUE（  ，即永遠不會超出閾值了）。

 

JDK7中的擴容機制

JDK7的擴容機制相對簡單，有以下特性：

• 空參數的構造函數：以默認容量、默認負載因子、默認閾值初始化數組。內部數組是空數組。
• 有參構造函數：根據參數確定容量、負載因子、閾值等。
• 第一次put時會初始化數組，其容量變為不小於指定容量的2的冪數。然后根據負載因子確定閾值。
• 如果不是第一次擴容，則  ，  。

 

JDK8的擴容機制

JDK8的擴容做了許多調整。

HashMap的容量變化通常存在以下幾種情況：

1. 空參數的構造函數：實例化的HashMap默認內部數組是null，即沒有實例化。第一次調用put方法時，則會開始第一次初始化擴容，長度為16。
2. 有參構造函數：用於指定容量。會根據指定的正整數找到不小於指定容量的2的冪數，將這個數設置賦值給閾值（threshold）。第一次調用put方法時，會將閾值賦值給容量，然后讓  。（因此並不是我們手動指定了容量就一定不會觸發擴容，超過閾值后一樣會擴容！！）
3. 如果不是第一次擴容，則容量變為原來的2倍，閾值也變為原來的2倍。（容量和閾值都變為原來的2倍時，負載因子還是不變）

此外還有幾個細節需要注意：

• 首次put時，先會觸發擴容（算是初始化），然后存入數據，然后判斷是否需要擴容；
• 不是首次put，則不再初始化，直接存入數據，然后判斷是否需要擴容；

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擴容時容量的計算方法說完了，下面說一說元素的遷移。

JDK7的元素遷移

JDK7中，HashMap的內部數據保存的都是鏈表。因此邏輯相對簡單：在准備好新的數組后，map會遍歷數組的每個“桶”，然后遍歷桶中的每個Entity，重新計算其hash值（也有可能不計算），找到新數組中的對應位置，以頭插法插入新的鏈表。

這里有幾個注意點：

• 是否要重新計算hash值的條件這里不深入討論，讀者可自行查閱源碼。
• 因為是頭插法，因此新舊鏈表的元素位置會發生轉置現象。
• 元素遷移的過程中在多線程情境下有可能會觸發死循環（無限進行鏈表反轉）。

 

JDK8的元素遷移

JDK8則因為巧妙的設計，性能有了大大的提升：由於數組的容量是以2的冪次方擴容的，那么一個Entity在擴容時，新的位置要么在原位置，要么在原長度+原位置的位置。原因如下圖：

數組長度變為原來的2倍，表現在二進制上就是多了一個高位參與數組下標確定。此時，一個元素通過hash轉換坐標的方法計算后，恰好出現一個現象：最高位是0則坐標不變，最高位是1則坐標變為“10000+原坐標”，即“原長度+原坐標”。如下圖：

（圖片來源於文末的參考鏈接）

因此，在擴容時，不需要重新計算元素的hash了，只需要判斷最高位是1還是0就好了。

JDK8的HashMap還有以下細節：

• JDK8在遷移元素時是正序的，不會出現鏈表轉置的發生。
• 如果某個桶內的元素超過8個，則會將鏈表轉化成紅黑樹，加快數據查詢效率。