HashMap的扩容机制

阅读此文章前最好看一下介绍HashMap的实现原理：

为了方便说明，这里明确几个名词：

• capacity 即容量，默认16。
• loadFactor 加载因子，默认是0.75
• threshold 阈值。阈值=容量*加载因子。默认12。当元素数量超过阈值时便会触发扩容。

什么时候触发扩容？

一般情况下，当元素数量超过阈值时便会触发扩容。每次扩容的容量都是之前容量的2倍。

HashMap的容量是有上限的，必须小于1<<30，即1073741824。如果容量超出了这个数，则不再增长，且阈值会被设置为Integer.MAX_VALUE（ 2^{31}-1 ，即永远不会超出阈值了）。

JDK7中的扩容机制

JDK7的扩容机制相对简单，有以下特性：

• 空参数的构造函数：以默认容量、默认负载因子、默认阈值初始化数组。内部数组是空数组。
• 有参构造函数：根据参数确定容量、负载因子、阈值等。
• 第一次put时会初始化数组，其容量变为不小于指定容量的2的幂数。然后根据负载因子确定阈值。
• 如果不是第一次扩容，则 新容量=旧容量\times2 ， 新阈值=新容量\times负载因子 。

JDK8的扩容机制

JDK8的扩容做了许多调整。

HashMap的容量变化通常存在以下几种情况：

1. 空参数的构造函数：实例化的HashMap默认内部数组是null，即没有实例化。第一次调用put方法时，则会开始第一次初始化扩容，长度为16。
2. 有参构造函数：用于指定容量。会根据指定的正整数找到不小于指定容量的2的幂数，将这个数设置赋值给阈值（threshold）。第一次调用put方法时，会将阈值赋值给容量，然后让 阈值=容量\times负载因子 。（因此并不是我们手动指定了容量就一定不会触发扩容，超过阈值后一样会扩容！！）
3. 如果不是第一次扩容，则容量变为原来的2倍，阈值也变为原来的2倍。（容量和阈值都变为原来的2倍时，负载因子还是不变）

此外还有几个细节需要注意：

• 首次put时，先会触发扩容（算是初始化），然后存入数据，然后判断是否需要扩容；
• 不是首次put，则不再初始化，直接存入数据，然后判断是否需要扩容；

扩容时容量的计算方法说完了，下面说一说元素的迁移。

JDK7的元素迁移

JDK7中，HashMap的内部数据保存的都是链表。因此逻辑相对简单：在准备好新的数组后，map会遍历数组的每个“桶”，然后遍历桶中的每个Entity，重新计算其hash值（也有可能不计算），找到新数组中的对应位置，以头插法插入新的链表。

这里有几个注意点：

• 是否要重新计算hash值的条件这里不深入讨论，读者可自行查阅源码。
• 因为是头插法，因此新旧链表的元素位置会发生转置现象。
• 元素迁移的过程中在多线程情境下有可能会触发死循环（无限进行链表反转）。

JDK8的元素迁移

JDK8则因为巧妙的设计，性能有了大大的提升：由于数组的容量是以2的幂次方扩容的，那么一个Entity在扩容时，新的位置要么在原位置，要么在原长度+原位置的位置。原因如下图：

数组长度变为原来的2倍，表现在二进制上就是多了一个高位参与数组下标确定。此时，一个元素通过hash转换坐标的方法计算后，恰好出现一个现象：最高位是0则坐标不变，最高位是1则坐标变为“10000+原坐标”，即“原长度+原坐标”。如下图：

（图片来源于文末的参考链接）

因此，在扩容时，不需要重新计算元素的hash了，只需要判断最高位是1还是0就好了。

JDK8的HashMap还有以下细节：

• JDK8在迁移元素时是正序的，不会出现链表转置的发生。
• 如果某个桶内的元素超过8个，则会将链表转化成红黑树，加快数据查询效率。

参考链接：

Java-HashMap工作原理及实现

HashMap 的实现原理