面试高频题：你如何知道HashMap正在进行扩容操作？

拼搏现实的明天。 2024-02-20 11:36 49阅读 0赞

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亲爱的小伙伴们，大家好！我是小米，一个热爱技术分享的小编。今天，我们将一起来探讨一个程序员们在日常工作中常常遇到的问题——如何知道HashMap正在扩容。

HashMap，作为Java中最常用的数据结构之一，经常在我们的代码中扮演着关键的角色。了解HashMap的工作原理，特别是它的扩容机制，可以帮助我们更好地理解和优化我们的代码。所以，让我们一起深入探讨这个话题吧！

## HashMap 简介 ##

在深入研究HashMap的扩容机制之前，让我们先来了解一下HashMap是什么以及它是如何工作的。

HashMap是一种散列表数据结构，它允许我们将键值对存储在其中，并通过键来快速检索值。在Java中，HashMap是非常常用的数据结构，它是基于哈希表实现的。

在HashMap中，键值对被存储在一个数组中，每个数组元素通常被称为“桶”（bucket）。当我们要存储一个键值对时，HashMap首先会通过哈希函数计算出键的哈希码，然后根据哈希码将键值对存储在相应的桶中。

## HashMap的工作原理 ##

HashMap的工作原理非常简单，当我们要存储一个键值对时，它会按照以下步骤进行操作：

1.  计算键的哈希码。
2.  根据哈希码找到对应的桶。
3.  如果桶中已经存在键相同的键值对，那么就更新该键值对的值。
4.  如果桶中不存在键相同的键值对，就将新的键值对添加到桶中。
5.  如果桶中的键值对数量达到一定阈值，HashMap会进行扩容操作。

## HashMap 的扩容机制 ##

当HashMap的负载因子（load factor）超过了一定阈值，它会自动进行扩容操作。负载因子是一个衡量HashMap空间利用率的指标，通常情况下，负载因子的默认值是0.75。当负载因子达到0.75时，HashMap会自动扩容，以保持桶的使用率在一个合理的范围内，从而保证HashMap的性能。

那么，问题来了，如何知道HashMap正在扩容呢？下面，我们将深入研究HashMap的源码，以揭开这个谜题。

首先，我们需要查看HashMap的源码，了解它是如何实现扩容的。HashMap的扩容操作主要涉及到两个方法：**resize()** 和 **transfer()**。

## 源码分析：resize() 方法 ##

**resize()** 方法是HashMap中的一个私有方法，它用于进行扩容操作。当HashMap的负载因子超过了阈值时，**resize()** 方法会被调用，它会创建一个新的桶数组，然后将原来的键值对重新分配到新的桶中。这个方法的代码如下：

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上面的代码中，当 **resize()** 方法调用 **transfer(newTab, e);** 时，就会触发扩容操作，我们将在下一节详细讨论这个方法。

## 源码分析：transfer() 方法 ##

**transfer()** 方法是HashMap中的另一个私有方法，它用于将键值对从旧的桶数组转移到新的桶数组中。这个方法的代码如下：

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在上面的代码中，**transfer()** 方法会根据键的哈希值的高位来判断键值对应该放在新桶的哪一侧。具体的细节在这里不是重点，我们只需要知道当 **transfer()** 方法被调用时，HashMap正在进行扩容操作。

现在，我们知道HashMap的扩容操作涉及到**resize()** 和 **transfer()** 方法。那么，如何知道HashMap正在扩容呢？

## 方法1：使用迭代器遍历元素 ##

一种最常见的方法是使用HashMap的迭代器来遍历HashMap中的元素。当HashMap正在扩容时，迭代器会抛出**ConcurrentModificationException**异常。这是因为在扩容期间，HashMap的结构发生了变化，而迭代器无法正确处理这种情况。

下面是一个示例代码，演示了如何使用迭代器来检测HashMap是否在扩容：

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在上面的代码中，我们创建了一个HashMap，并在一个线程中触发了扩容操作。在另一个线程中，我们使用迭代器来遍历HashMap。当扩容发生时，迭代器会抛出异常，我们可以捕获这个异常并进行相应的处理。

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**但需要注意的是，使用迭代器来检测HashMap的扩容并不是一种可靠的方法。因为迭代器的抛出异常是一种副作用，不是HashMap扩容的主要标志。所以，这种方法仅供参考，不建议在生产环境中使用。**

## 方法2：通过观察内部状态来检测扩容 ##

另一种方法是通过观察HashMap的内部状态来检测扩容。具体来说，我们可以观察HashMap的桶数组的大小是否发生了变化。当桶数组的大小变化时，就可以确定HashMap正在扩容。下面是一个示例代码，演示了如何使用这种方法来检测HashMap的扩容：

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在上面的代码中，我们首先获取HashMap的初始桶数组大小，然后在另一个线程中触发扩容操作。在当前线程中，我们不断检测HashMap的大小是否发生变化，一旦发生变化，就可以确定HashMap正在扩容。

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**需要注意的是，这种方法仅适用于单线程环境，如果在多线程环境中使用，可能会出现竞态条件，导致不准确的结果。**

## HashMap 扩容的性能影响 ##

HashMap的扩容操作虽然是为了维持其高效性能，但它也会对性能造成一定的影响。主要的性能影响包括：

*  **时间开销**：HashMap的扩容是一个相对耗时的操作，因为它涉及到重新分配元素，所以在扩容期间，其他操作可能会变得更慢。
 *  **并发性能**：在多线程环境中，当HashMap正在扩容时，可能会导致竞争条件。因此，在高并发环境中，扩容可能会引入性能问题，需要谨慎处理。
 *  **内存开销**：在扩容期间，会有两个数组同时存在，原数组和新数组。这会增加内存消耗。因此，在内存受限的情况下，需要考虑HashMap的大小和扩容策略。

为了减小HashMap扩容带来的性能开销，可以考虑以下几点：

*  初始化HashMap时，可以指定初始容量，以减小扩容的频率。
 *  调整负载因子，使HashMap更早进行扩容，从而减小平均填充程度。
 *  在多线程环境中，可以使用并发安全的HashMap实现，如**ConcurrentHashMap**，以减小竞争条件的影响。

## END ##

了解HashMap的扩容机制对于Java程序员来说是非常重要的，因为它涉及到了程序的性能和稳定性。虽然我们可以使用一些方法来检测HashMap是否在扩容，但需要谨慎使用，并且最好在测试环境中验证。

希望通过本文的介绍，你对HashMap的扩容机制有了更深入的了解。如果你有任何关于HashMap或其他Java数据结构的问题，都可以留言给我，我会尽力解答。同时，也欢迎大家关注我的微信公众号，一起学习技术，分享知识。谢谢大家的支持！

如有疑问或者更多的技术分享，欢迎关注我的微信公众号“**知其然亦知其所以然**”！

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