java - HashMap rehash/resize容量

标签 java java-8 hashmap

HashMap 的文档中有这样的短语:

If the initial capacity is greater than the maximum number of entries divided by the load factor, no rehash operations will ever occur.

注意文档是如何说 rehash，而不是 resize - 即使 rehash 只会在调整大小时发生；那是当桶的内部大小变成两倍大的时候。

当然HashMap 提供了这样一个构造函数，我们可以在其中定义这个初始容量。

Constructs an empty HashMap with the specified initial capacity and the default load factor (0.75).

好的，看起来很简单:

// these are NOT chosen randomly...    
List<String> list = List.of("DFHXR", "YSXFJ", "TUDDY", 
          "AXVUH", "RUTWZ", "DEDUC", "WFCVW", "ZETCU", "GCVUR");

int maxNumberOfEntries = list.size(); // 9
double loadFactor = 0.75;

int capacity = (int) (maxNumberOfEntries / loadFactor + 1); // 13

所以容量是 13(内部是 16 - 二次幂)，这样我们保证文档部分不会重复。好的，让我们测试一下，但首先介绍一个方法，该方法将进入 HashMap 并查看值:

private static <K, V> void debugResize(Map<K, V> map, K key, V value) throws Throwable {

    Field table = map.getClass().getDeclaredField("table");
    table.setAccessible(true);
    Object[] nodes = ((Object[]) table.get(map));

    // first put
    if (nodes == null) {
        // not incrementing currentResizeCalls because
        // of lazy init; or the first call to resize is NOT actually a "resize"
        map.put(key, value);
        return;
    }

    int previous = nodes.length;
    map.put(key, value);
    int current = ((Object[]) table.get(map)).length;

    if (previous != current) {
        ++HashMapResize.currentResizeCalls;
        System.out.println(nodes.length + "   " + current);
    }
}

现在让我们测试一下:

static int currentResizeCalls = 0;

public static void main(String[] args) throws Throwable {

    List<String> list = List.of("DFHXR", "YSXFJ", "TUDDY",
            "AXVUH", "RUTWZ", "DEDUC", "WFCVW", "ZETCU", "GCVUR");
    int maxNumberOfEntries = list.size(); // 9
    double loadFactor = 0.75;
    int capacity = (int) (maxNumberOfEntries / loadFactor + 1);

    Map<String, String> map = new HashMap<>(capacity);

    list.forEach(x -> {
        try {
            HashMapResize.debugResize(map, x, x);
        } catch (Throwable throwable) {
            throwable.printStackTrace();
        }
    });

    System.out.println(HashMapResize.currentResizeCalls);

}

好吧，resize 被调用，因此条目被重新散列，而不是文档所说的。

如上所述， key 不是随机选择的。这些设置是为了在存储桶转换为树时触发 static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; 属性。不是真的，因为我们还需要点击 MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64 才能出现树；直到 resize 发生，或者桶的大小增加了一倍；因此会发生条目的重新散列。

我只能提示为什么 HashMap 文档在那句话中是错误的，因为 在 java-8 之前，桶没有被转换为树；因此该属性将成立，从 java-8 开始，这不再是真的。由于我不确定这一点，因此我不会将其添加为答案。

最佳答案

文档中的那一行，

If the initial capacity is greater than the maximum number of entries divided by the load factor, no rehash operations will ever occur.

确实可以追溯到在 JDK 8 (JEP 180) 中添加树箱实现之前。您可以在 JDK 1.6 HashMap documentation 中看到此文本.事实上，这篇文章可以追溯到 JDK 1.2，当时引入了 Collections Framework(包括 HashMap)。您可以在网上找到 JDK 1.2 文档的非官方版本，或者您可以从 archives 下载一个版本。如果你想亲眼看看。

我相信这个文档在添加树箱实现之前是正确的。但是，正如您所观察到的，现在有些情况下它是不正确的。该策略不仅是如果条目数除以负载因子超过容量(实际上是表长度)，则会发生大小调整。正如您所指出的，如果单个存储桶中的条目数超过 TREEIFY_THRESHOLD(当前为 8)但表长度小于 MIN_TREEIFY_CAPACITY(当前为 64)，则可能也发生调整大小。

您可以在 treeifyBin() 中看到此决定HashMap的方法。

    if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
        resize();
    else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {

当单个存储桶中的条目数超过 TREEIFY_THRESHOLD 时，就会到达代码中的这一点。如果表大小等于或大于 MIN_TREEIFY_CAPACITY，则此 bin 被树化；否则，表格只是调整大小。

请注意，在较小的表大小下，这可能会留下比 TREEIFY_THRESHOLD 更多的条目。这并不难证明。首先，一些反射HashMap-dumping代码:

// run with --add-opens java.base/java.util=ALL-UNNAMED

static Class<?> classNode;
static Class<?> classTreeNode;
static Field fieldNodeNext;
static Field fieldHashMapTable;

static void init() throws ReflectiveOperationException {
    classNode = Class.forName("java.util.HashMap$Node");
    classTreeNode = Class.forName("java.util.HashMap$TreeNode");
    fieldNodeNext = classNode.getDeclaredField("next");
    fieldNodeNext.setAccessible(true);
    fieldHashMapTable = HashMap.class.getDeclaredField("table");
    fieldHashMapTable.setAccessible(true);
}

static void dumpMap(HashMap<?, ?> map) throws ReflectiveOperationException {
    Object[] table = (Object[])fieldHashMapTable.get(map);
    System.out.printf("map size = %d, table length = %d%n", map.size(), table.length);
    for (int i = 0; i < table.length; i++) {
        Object node = table[i];
        if (node == null)
            continue;
        System.out.printf("table[%d] = %s", i,
            classTreeNode.isInstance(node) ? "TreeNode" : "BasicNode");

        for (; node != null; node = fieldNodeNext.get(node))
            System.out.print(" " + node);
        System.out.println();
    }
}

现在，让我们添加一堆字符串，它们都落入同一个桶中。选择这些字符串时，它们的哈希值(由 HashMap 计算)均为 0 mod 64。

public static void main(String[] args) throws ReflectiveOperationException {
    init();
    List<String> list = List.of(
        "LBCDD", "IKBNU", "WZQAG", "MKEAZ", "BBCHF", "KRQHE", "ZZMWH", "FHLVH",
        "ZFLXM", "TXXPE", "NSJDQ", "BXDMJ", "OFBCR", "WVSIG", "HQDXY");

    HashMap<String, String> map = new HashMap<>(1, 10.0f);

    for (String s : list) {
        System.out.println("===> put " + s);
        map.put(s, s);
        dumpMap(map);
    }
}

从 1 的初始表大小和荒谬的负载因子开始，这会将 8 个条目放入单独的存储桶中。然后，每次添加另一个条目时，表都会调整大小(加倍)，但所有条目最终都在同一个存储桶中。这最终会产生一个大小为 64 的表，其中一个存储桶具有长度为 14 的线性节点链(“基本节点”)，然后添加下一个条目最终将其转换为树。

程序的输出如下:

===> put LBCDD
map size = 1, table length = 1
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD
===> put IKBNU
map size = 2, table length = 1
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU
===> put WZQAG
map size = 3, table length = 1
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU WZQAG=WZQAG
===> put MKEAZ
map size = 4, table length = 1
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU WZQAG=WZQAG MKEAZ=MKEAZ
===> put BBCHF
map size = 5, table length = 1
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU WZQAG=WZQAG MKEAZ=MKEAZ BBCHF=BBCHF
===> put KRQHE
map size = 6, table length = 1
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU WZQAG=WZQAG MKEAZ=MKEAZ BBCHF=BBCHF KRQHE=KRQHE
===> put ZZMWH
map size = 7, table length = 1
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU WZQAG=WZQAG MKEAZ=MKEAZ BBCHF=BBCHF KRQHE=KRQHE ZZMWH=ZZMWH
===> put FHLVH
map size = 8, table length = 1
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU WZQAG=WZQAG MKEAZ=MKEAZ BBCHF=BBCHF KRQHE=KRQHE ZZMWH=ZZMWH FHLVH=FHLVH
===> put ZFLXM
map size = 9, table length = 2
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU WZQAG=WZQAG MKEAZ=MKEAZ BBCHF=BBCHF KRQHE=KRQHE ZZMWH=ZZMWH FHLVH=FHLVH ZFLXM=ZFLXM
===> put TXXPE
map size = 10, table length = 4
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU WZQAG=WZQAG MKEAZ=MKEAZ BBCHF=BBCHF KRQHE=KRQHE ZZMWH=ZZMWH FHLVH=FHLVH ZFLXM=ZFLXM TXXPE=TXXPE
===> put NSJDQ
map size = 11, table length = 8
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU WZQAG=WZQAG MKEAZ=MKEAZ BBCHF=BBCHF KRQHE=KRQHE ZZMWH=ZZMWH FHLVH=FHLVH ZFLXM=ZFLXM TXXPE=TXXPE NSJDQ=NSJDQ
===> put BXDMJ
map size = 12, table length = 16
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU WZQAG=WZQAG MKEAZ=MKEAZ BBCHF=BBCHF KRQHE=KRQHE ZZMWH=ZZMWH FHLVH=FHLVH ZFLXM=ZFLXM TXXPE=TXXPE NSJDQ=NSJDQ BXDMJ=BXDMJ
===> put OFBCR
map size = 13, table length = 32
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU WZQAG=WZQAG MKEAZ=MKEAZ BBCHF=BBCHF KRQHE=KRQHE ZZMWH=ZZMWH FHLVH=FHLVH ZFLXM=ZFLXM TXXPE=TXXPE NSJDQ=NSJDQ BXDMJ=BXDMJ OFBCR=OFBCR
===> put WVSIG
map size = 14, table length = 64
table[0] = BasicNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU WZQAG=WZQAG MKEAZ=MKEAZ BBCHF=BBCHF KRQHE=KRQHE ZZMWH=ZZMWH FHLVH=FHLVH ZFLXM=ZFLXM TXXPE=TXXPE NSJDQ=NSJDQ BXDMJ=BXDMJ OFBCR=OFBCR WVSIG=WVSIG
===> put HQDXY
map size = 15, table length = 64
table[0] = TreeNode LBCDD=LBCDD IKBNU=IKBNU WZQAG=WZQAG MKEAZ=MKEAZ BBCHF=BBCHF KRQHE=KRQHE ZZMWH=ZZMWH FHLVH=FHLVH ZFLXM=ZFLXM TXXPE=TXXPE NSJDQ=NSJDQ BXDMJ=BXDMJ OFBCR=OFBCR WVSIG=WVSIG HQDXY=HQDXY

关于java - HashMap rehash/resize容量，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/52692803/

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