Java HashMap初始化大小设置多少合适

修改公司老代码的时候，发现阿里编码规约插件提示HashMap初始化时尽量指定初始值大小，因为设置合理的初始值可以提升性能：

 HashMap继承自AbstractMap类，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口，是基于散列表实现的双列集合，它存储的是key-value键值对映射，每个key-value键值对也被称为一条Entry条目。其中的 key与 value，可以是任意的数据类型，其类型可以相同也可以不同。但一般情况下，key都是String类型，有时候也可以使用Integer类型；value可以是任何类型。并且在HashMap中，最多只能有一个记录的key为null，但可以有多个value的值为null。HashMap中这些键值对(Entry)会分散存储在一个数组当中，这个数组就是HashMap的主体。

HashMap的实例有两个影响其性能的参数：初始容量和装载因子。容量是哈希表中的桶数，初始容量就是创建哈希表时的容量。负载因子是一种度量方法，用来衡量在自动增加哈希表的容量之前，哈希表允许达到的满度。当哈希表中的条目数超过负载因子和当前容量的乘积时，哈希表将被重新哈希(即重新构建内部数据结构)，这样哈希表的桶数大约是原来的两倍。

那么在使用HashMap时要求尽量指定初始值，该指定多少合适？（可以直接跳到后面看结论）

一般来说，初始值大小的设定应该根据实际需要进行设置。另外，也建议将初始值大小设置为2的幂次方，这样可以更好地利用HashMap的内部机制，提高程序的运行效率。

如果不设置，默认值是16。

如我截图的代码，就存放2个变量，初始值设置2，但是设置2真的合理吗？

我们可以看一下HashMap的源码，看看它里面是怎么实现的。

不设置初始值的构造方法：

/**
 * Constructs an empty HashMap with the default initial capacity
 * (16) and the default load factor (0.75).
 */
public HashMap() {
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}

设置初始值的构造方法：

/**
 * Constructs an empty HashMap with the specified initial
 * capacity and the default load factor (0.75).
 *
 * @param  initialCapacity the initial capacity.
 * @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative.
 */
public HashMap(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}

this方法的源码：

/**
 * Constructs an empty HashMap with the specified initial
 * capacity and load factor.
 *
 * @param  initialCapacity the initial capacity
 * @param  loadFactor      the load factor
 * @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
 *         or the load factor is nonpositive
 */
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);
}

里面的变量和方法,，我加了一些翻译说明：

/**
 * The next size value at which to resize (capacity * load factor).
 * 翻译：用于调整大小的下一次大小值（容量*负载因子）
 * @serial
 */
// (The javadoc description is true upon serialization.
// Additionally, if the table array has not been allocated, this
// field holds the initial array capacity, or zero signifying
// DEFAULT_INITIAL_CAPACITY.)
int threshold;

//默认大小为16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16


/**
     * Returns a power of two size for the given target capacity.(翻译：返回给定目标容量的大小为2的幂)
     * 这段代码是一个名为 tableSizeFor 的静态方法，它接受一个整数参数 cap，并返回一个整数值。该方法的作用是计算并返回一个用于散列表（hash table）的合适的大小。
     *
     * 具体来说，该方法首先将 cap 减去 1，然后使用位运算符将结果向右移动，并按位或运算，以清除最低位的 1。
     * 这个过程会重复 5 次，每次向右移动的位数为 1、2、4、8 和 16。最后，如果计算出的值小于 0，则返回 1；
     * 如果计算出的值大于等于 MAXIMUM_CAPACITY，则返回 MAXIMUM_CAPACITY；否则返回计算出的值加 1。
     *
     * 这个方法的设计目的是为了在散列表中获得更好的负载因子（load factor），从而减少哈希冲突（hash collision）的概率。
     * 负载因子是指散列表中元素的数量与散列表大小的比率。较小的负载因子意味着每个桶（bucket）中存储的元素较少，从而减少了哈希冲突的概率。
     * 但是，较小的负载因子也会导致散列表的空间利用率较低。因此，选择合适的散列表大小非常重要。
     * @param cap
     * @return
     */
    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;
    }

上面的源码可以看出threshold是个阈值，它的计算是根据tableSizeFor方法来的（根据设置的初始值计算的），到达这个阈值就会触发扩容，扩容是会影响性能的。

再看一下putMapEntries方法的源码，看注释的意思是实现了Map.putAll和Map构造函数：

/**
 * Implements Map.putAll and Map constructor.
 *
 * @param m the map
 * @param evict false when initially constructing this map, else
 * true (relayed to method afterNodeInsertion).
 */
final void putMapEntries(Map m, boolean evict) {
    int s = m.size();
    if (s > 0) {
        if (table == null) { // pre-size
            float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
            int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
                     (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
            if (t > threshold)
                threshold = tableSizeFor(t);
        }
        else if (s > threshold)
            resize();
        for (Map.Entry e : m.entrySet()) {
            K key = e.getKey();
            V value = e.getValue();
            putVal(hash(key), key, value, false, evict);
        }
    }
}

这里面“ float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;”就是我们初始值的大小计算方法。

有兴趣的可以看下HashMap源码研究一下。

结论：默认不设置初始值大小，HashMap使用的是默认大小，值为16，如果要指定大小可以根据“存储数据的个数/0.75+1”计算出的结果作为初始值。

最后说明一下上面我的截图代码的问题，设置2是否合理？答案是不合理，根据计算公式得出，设置3是比较合理的。

原因是设置为2，刚好会触发扩容，造成完全没有必要的性能浪费。

参考以下代码，设置为2：

Map map = new HashMap<>(2);
map.put("startTime", "");
getMapLength(map);
map.put("endTime", "");
getMapLength(map);

结果为：说明进行了扩容

设置为3：

Map map = new HashMap<>(3);
map.put("startTime", "");
getMapLength(map);
map.put("endTime", "");
getMapLength(map);

结果为：没有进行扩容

打印Length方法：

/**
     * 打印Length
     * @param map
     * @throws Exception
     */
    static void getMapLength(Map map) throws Exception {
        Field field = HashMap.class.getDeclaredField("table");
        field.setAccessible(true);
        Object[] elementData = (Object[]) field.get(map);
        System.out.println(elementData == null ? 0 : elementData.length);
    }

PS：关于是否设置初始值影响性能、初始值设置的合理与否影响性能，可以通过测试代码测一下，看看初始化的时间间隔。