HashMap中的Initial Capacity和Load Factory

HashMap是一个实现Map接口Java集合框架。HashMap的最重要特征是它具有恒定的时间性能以进行检索和插入, 决定HashMap性能的两个因素是：

• Initial Capacity(初始化容量)
• Load Factory(负载系数)

在我们解释HashMap的Initial Capacity和Load Factory是什么之前，了解它的结构是至关重要的。

HashMap的节点包含键-值对，就像映射中的节点一样。HashMap有包含节点的bucket，一个bucket可以包含多个节点。HashMap的基本结构如下：

HashMap结构示意图

index：对键的散列值和数组大小减1进行位与运算后得到的整数值。

Index=hashcode（key）&（ArraySize–1）

其中hashcode是一个预定义函数，它返回键哈希的整数值，ArraySize是HashMap中的bucket数。

bucket：它是节点的LinkedList结构。

node：它是哈希映射的基本单位。它包含键值对和到下一个节点的链接。

声明HashMap对象的语法如下：

HashMap objectName=new HashMap（int initialCapacity，float loadFactor）

initial Capacity（初始化容量）

初始容量本质上是HashMap中的bucket数，默认情况下是16. 一个好的HashMap算法会将相等数量的元素分配给所有的bucket

假设我们有16个元素，那么每个bucket将有1个节点，任何元素的搜索都将通过1个查找来实现。如果我们有32个元素，那么每个bucket将有2个节点，任何元素的搜索都将通过2次查找来实现。类似地，如果我们有64个元素，那么每个bucket将有4个节点，任何元素的搜索都将通过4次查找来实现，依此类推

正如您所观察到的，当元素的数量将查找增量的数量增加一倍时，这对性能是有好处的。

但是当元素的数量达到一个很高的值，比如10000，我们需要625个查找。同样，如果元素的数量是1000000，我们将需要62500个查找。如此高的查找次数将降低HashMap的性能。这就是负载系数发挥作用的地方。

Load Factory（负载系数）

负载系数是一个阈值，如果当前所有元素与初始容量之比超过该阈值，那么容量将增加，因此HashMap的操作复杂性保持为O(1)，O(1)的操作复杂度的含义是指检索和插入操作需要恒定的时间。
HashMap的默认负载系数是0.75

我们如何决定何时增加容量？

让我们举个例子，因为初始容量默认为16，所以现在我们有16个存储桶。

我们插入第1个元素，负载系数将为1/16=0.0625。检查是否为0.0625>0.75？答案是否定的，所以我们不增加容量。

接下来我们插入第2个元素，当前负载系数将为2/16=0.125。检查值是0.125>0.75？答案是否定的，所以我们不增加容量。

同样，对于第3个元素，负载系数=3/16=0.1875不大于0.75，所以我们不增加容量。

第4个元素，负载系数=4/16=0.25不大于0.75，所以我们不增加容量。

第5个元素，负载载系数=5/16=0.3125不大于0.75，所以我们不增加容量。

第6个元素，负载系数=6/16=0.375不大于0.75，所以我们不增加容量。

第7个元素，负载系数=7/16=0.4375不大于0.75，所以我们不增加容量。

第8个元素，负载系数=8/16=0.5不大于0.75，所以我们不增加容量。

第8个元素，负载系数=8/16=0.5不大于0.75，所以我们不增加容量。

第9个元素，负载系数=9/16=0.5625不大于0.75，所以我们不增加容量。

第10个元素，负载系数=10/16=0.625不大于0.75，所以我们不增加容量。

第11单元，负载系数=11/16=0.6875不大于0.75，所以我们不增加容量。

第12个构件，负载系数=12/16=0.75等于0.75，所以我们不增加容量。

第13个构件，荷负载系数=13/16=0.8125大于0.75，插入第13个元素时，HashMap会扩容原来的两倍。

现在容量是32。

类似地，每次插入超过负载系数0.75时，在get(){retrieval}和put(){insertion}操作的恒定时间性能下，容量将加倍。