7. Java 中 HashMap 的扩容机制是怎样的?

2024-08-27 00:52

本文主要是介绍7. Java 中 HashMap 的扩容机制是怎样的?,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

​​​​​​HashMap 是基于哈希表的数据结构,其容量是动态调整的。当存储的元素数量增加时,为了保持较好的性能,HashMap 需要进行扩容。HashMap 的扩容机制是为了减少哈希碰撞,提高查询效率。

1. 初始容量和负载因子

  • 初始容量HashMap的初始容量是指哈希表创建时桶(bucket)数组的大小,默认初始容量为16

  • 负载因子HashMap的负载因子(load factor)用于衡量HashMap的容量增长阈值。默认负载因子是0.75,这意味着当HashMap中的元素数量达到当前容量的75%时,触发扩容。

2. 扩容的触发条件

  • HashMap中存储的元素数量达到“当前容量 * 负载因子”的阈值时,HashMap会触发扩容操作。默认情况下,当元素数量达到16 * 0.75 = 12时,就会进行扩容。

3. 扩容的过程

  • 容量翻倍:当HashMap触发扩容时,桶数组的容量会翻倍(新容量 = 旧容量 * 2)。

  • 重新哈希(rehash):扩容时,HashMap会将原有的所有键值对重新计算哈希码,并将它们重新分配到新的桶数组中。由于容量翻倍,哈希码的计算方式会发生变化,原本冲突在同一个桶中的元素,可能会被分配到不同的桶中,减少哈希冲突。

4. 示例代码:扩容的触发

以下代码演示了HashMap如何在元素数量达到一定程度时触发扩容:

import java.util.HashMap;
​
public class HashMapResizingExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个HashMapHashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
​// 插入13个元素,默认容量为16,负载因子为0.75for (int i = 0; i < 13; i++) {map.put(i, "Value" + i);}
​// 打印HashMap的大小System.out.println("HashMap size: " + map.size());// 插入第14个元素时,触发扩容map.put(13, "Value13");
​// 再次打印HashMap的大小System.out.println("HashMap size after rehashing: " + map.size());}
}

5. 扩容的影响

  • 性能开销:扩容是一项开销较大的操作,因为它涉及到分配新的数组并将所有元素重新哈希。频繁的扩容操作会影响性能,因此在创建HashMap时,建议预估好元素数量并设置合适的初始容量,以减少扩容次数。

  • 线程安全HashMap本身不是线程安全的,在多线程环境下如果出现扩容,可能导致数据丢失或死循环。因此,在并发环境中使用HashMap时,推荐使用线程安全的替代品如ConcurrentHashMap

总结

  • 触发条件:当HashMap中存储的元素数量达到当前容量与负载因子的乘积时,触发扩容。

  • 扩容过程HashMap的容量翻倍,所有元素重新计算哈希值并重新分配到新的桶数组中。

  • 性能影响:频繁扩容可能带来性能问题,建议合理设置初始容量来减少扩容次数。

理解HashMap的扩容机制可以帮助你在使用它时做出更优化的设计和决策,尤其是在处理大量数据时。

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