2 resize 到指定大小_阿里巴巴为什么让初始化集合时必须指定大小?
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作者 | 王磊
来源 | Java中文社群(ID:javacn666)
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哈喽,亲爱的小伙伴们,技术学磊哥,进步没得说!欢迎来到新一期的性能解读系列,我是磊哥。
今天给大家带来的是关于阿里巴巴《Java开发手册》泰山版(最新)中关于集合初始化时的性能建议。
阿里巴巴《Java开发手册》第 1 章编程规范,第 6 节集合处理的第 17 条规定如下:
【推荐】集合初始化时,指定集合初始值大小。
说明:HashMap 使用 HashMap(int initialCapacity) 初始化,如果暂时无法确定集合大小,那么指定默认值(16)即可。
正例:initialCapacity = (需要存储的元素个数 / 负载因子) + 1。注意负载因子(即 loader factor)默认为 0.75,如果暂时无法确定初始值大小,请设置为 16(即默认值)。
反例:HashMap 需要放置 1024 个元素,由于没有设置容量初始大小,随着元素不断增加,容量 7 次被迫扩大,resize 需要重建 hash 表。当放置的集合元素个数达千万级别时,不断扩容会严重影响性能。
规范解读
此规范的主要目的完全是出于性能考虑,查看 HashMap
的源码也就可以发现此规范的原因,如果我们能为集合设置合理的大小就可以避免 HashMap
的扩容操作,而 HashMap
的扩容方法 resize
有很多逻辑判断和业务操作,如果设置了合理的大小就可以避免执行更多的代码,因此就可以更大限度的提高集合的执行效率,HashMap
的 resize
源码如下:
// 源码基于 JDK 8final Node[] resize() {// 扩容前的数组 Node[] oldTab = table;// 扩容前的数组的大小和阈值int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;int oldThr = threshold;// 预定义新数组的大小和阈值int newCap, newThr = 0;if (oldCap > 0) {// 超过最大值就不再扩容了if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE;return oldTab; }// 扩大容量为当前容量的两倍,但不能超过 MAXIMUM_CAPACITYelse if ((newCap = oldCap <1) oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr = oldThr <1; // double threshold }// 当前数组没有数据,使用初始化的值else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr;else { // zero initial threshold signifies using defaults// 如果初始化的值为 0,则使用默认的初始化容量 newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); }// 如果新的容量等于 0if (newThr == 0) {float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold = newThr; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node[] newTab = (Node[])new Node[newCap];// 开始扩容,将新的容量赋值给 table table = newTab;// 原数据不为空,将原数据复制到新 table 中if (oldTab != null) {// 根据容量循环数组,复制非空元素到新 tablefor (int j = 0; j Node e;if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null;// 如果链表只有一个,则进行直接赋值if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;else if (e instanceof TreeNode)// 红黑树相关的操作 ((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap);else { // preserve order// 链表复制,JDK 1.8 扩容优化部分 Node loHead = null, loTail = null; Node hiHead = null, hiTail = null; Node next;do { next = e.next;// 原索引if ((e.hash & oldCap) == 0) {if (loTail == null) loHead = e;else loTail.next = e; loTail = e; }// 原索引 + oldCapelse {if (hiTail == null) hiHead = e;else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null);// 将原索引放到哈希桶中if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; }// 将原索引 + oldCap 放到哈希桶中if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } }return newTab;}
性能评测
接下来我们来测试一下设置 size
的性能和不设置 size
的性能差别,我们已知需要插入 1024 个数据,根据默认的负载因子 0.75 和公式 (存储元素个数/负载因子)+1
得出需要设置的大小为 1367(取整)。
小贴士:公式“(存储元素个数/负载因子)+1”说明:因为 HashMap 的实际存储量等于:元素个数*负载因子,为了防止 HashMap 扩容,所以公式必须是“(存储元素个数/负载因子)+1”才能防止动态扩容。
本文我们依旧使用 Oracle 官方提供的 JMH(Java Microbenchmark Harness,JAVA 微基准测试套件)测试框架,首先现在 pom.xml 中添加 JMH 引用,配置如下:
<dependency> <groupId>org.openjdk.jmhgroupId> <artifactId>jmh-coreartifactId> <version>{version}version>dependency>
然后编写完整的测试代码:
import org.openjdk.jmh.annotations.*;import org.openjdk.jmh.infra.Blackhole;import org.openjdk.jmh.runner.Runner;import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;
import java.util.HashMap;import java.util.Map;import java.util.concurrent.TimeUnit;
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 测试完成时间@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)@Warmup(iterations = 2, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热 2 轮,每次 1s@Measurement(iterations = 5, time = 3, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 测试 5 轮,每次 3s@Fork(1) // fork 1 个线程@State(Scope.Thread) // 每个测试线程一个实例public class AlibabaHashMapTest { public static void main(String[] args) throws RunnerException { // 启动基准测试 Options opt = new OptionsBuilder() .include(AlibabaHashMapTest.class.getSimpleName()) // 要导入的测试类 .build(); new Runner(opt).run(); // 执行测试 }
@Benchmark public void noSizeTest(Blackhole blackhole) { Map map = new HashMap(); for (int i = 0; i 1024; i++) { map.put(i, i); } // 为了避免 JIT 忽略未被使用的结果 blackhole.consume(map); }
@Benchmark public void setSizeTest(Blackhole blackhole) { Map map = new HashMap(1367); for (int i = 0; i 1024; i++) { map.put(i, i); } // 为了避免 JIT 忽略未被使用的结果 blackhole.consume(map); }}
测试结果如下:
从上述结果可以看出,设置了大小的 HashMap
的性能约是没有设置大小的 1.29 倍。
总结
在初始化集合时,如果已知集合的数量,那么一定要在初始化时设置集合的容量大小,这样就可以有效的提高集合的性能,但需要注意的是 HashMap
的实际存储量是“元素个数*负载因子”,而负载因子默认是 0.75,因此在设置大小时,要使用“(存储元素个数/负载因子)+1”的公式计算出正确的值再进行设置。
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