哈嘍，親愛的小夥伴們，**技術學磊哥，進步沒得說**！歡迎來到新一期的效能解讀系列，我是磊哥。 今天給大家帶來的是關於阿里巴巴《Java開發手冊》泰山版（最新）中關於**集合初始化時的效能建議**。 阿里巴巴《Java開發手冊》第 1 章程式設計規範，第 6 節集合處理的第 17 條規定如下： > 【推薦】集合初始化時，指定集合初始值大小。 > > 說明：HashMap 使用 HashMap(int initialCapacity) 初始化，如果暫時無法確定集合大小，那麼指定預設值（16）即可。 > > 正例：initialCapacity = (需要儲存的元素個數 / 負載因子) + 1。注意負載因子（即 loader factor）預設為 0.75，如果暫時無法確定初始值大小，請設定為 16（即預設值）。 > > 反例：HashMap 需要放置 1024 個元素，由於沒有設定容量初始大小，隨著元素不斷增加，容量 7 次被迫擴大，resize 需要重建 hash 表。當放置的集合元素個數達千萬級別時，不斷擴容會嚴重影響效能。 ## 規範解讀 此規範的主要目的完全是出於效能考慮，檢視 `HashMap` 的原始碼也就可以發現此規範的原因，如果我們能為集合設定合理的大小就可以避免 `HashMap` 的擴容操作，而 `HashMap` 的擴容方法 `resize` 有很多邏輯判斷和業務操作，如果設定了合理的大小就可以避免執行更多的程式碼，因此就可以更大限度的提高集合的執行效率，`HashMap` 的 `resize` 原始碼如下： ``` // 原始碼基於 JDK 8 final Node[] resize() { // 擴容前的陣列 Node[] oldTab = table; // 擴容前的陣列的大小和閾值 int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; // 預定義新陣列的大小和閾值 int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { // 超過最大值就不再擴容了 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } // 擴大容量為當前容量的兩倍，但不能超過 MAXIMUM_CAPACITY else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr = oldThr << 1; // double threshold } // 當前陣列沒有資料，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 // 如果初始化的值為 0，則使用預設的初始化容量 newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } // 如果新的容量等於 0 if (newThr == 0) { float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold = newThr; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node[] newTab = (Node[])new Node[newCap]; // 開始擴容，將新的容量賦值給 table table = newTab; // 原資料不為空，將原資料複製到新 table 中 if (oldTab != null) { // 根據容量迴圈陣列，複製非空元素到新 table for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; // 如果連結串列只有一個，則進行直接賦值 if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) // 紅黑樹相關的操作 ((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order // 連結串列複製，JDK 1.8 擴容優化部分 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 + oldCap else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null); // 將原索引放到雜湊桶中 if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } // 將原索引 + oldCap 放到雜湊桶中 if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; } ``` ## 效能評測 接下來我們來測試一下設定 `size` 的效能和不設定 `size` 的效能差別，我們已知需要插入 1024 個數據，根據預設的負載因子 0.75 和公式 `(儲存元素個數/負載因子)+1` 得出需要設定的大小為 1367（取整）。 > 小貼士：公式“(儲存元素個數/負載因子)+1”說明：因為 HashMap 的實際儲存量等於：元素個數*負載因子，為了防止 HashMap 擴容，所以公式必須是“(儲存元素個數/負載因子)+1”才能防止動態擴容。 本文我們依舊使用 Oracle 官方提供的 JMH（Java Microbenchmark Harness，JAVA 微基準測試套件）測試框架，首先現在 pom.xml 中新增 JMH 引用，配置如下： ```

org.openjdk.jmh jmh-core {version} ``` 然後編寫完整的測試程式碼： ``` 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) // 測試完成時間 @OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS) @Warmup(iterations = 2, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 預熱 2 輪，每次 1s @Measurement(iterations = 5, time = 3, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 測試 5 輪，每次 3s @Fork(1) // fork 1 個執行緒 @State(Scope.Thread) // 每個測試執行緒一個例項 public class AlibabaHashMapTest { public static void main(String[] args) throws RunnerException { // 啟動基準測試 Options opt = new OptionsBuilder() .include(AlibabaHashMapTest.class.getSimpleName()) // 要匯入的測試類 .build(); new Runner(opt).run(); // 執行測試 } @Benchmark public void noSizeTest(Blackhole blackhole) { Map map = new HashMap(); for (int i = 0; i < 1024; i++) { map.put(i, i); } // 為了避免 JIT 忽略未被使用的結果 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); } // 為了避免 JIT 忽略未被使用的結果 blackhole.consume(map); } } ``` 測試結果如下：  從上述結果可以看出，設定了大小的 `HashMap` 的效能約是沒有設定大小的 1.29 倍。 ## 總結 在初始化集合時，如果已知集合的數量，那麼一定要在初始化時設定集合的容量大小，這樣就可以有效的提高集合的效能，但需要注意的是 `HashMap` 的實際儲存量是“元素個數*負載因子”，而負載因子預設是 0.75，因此在設定大小時，要使用“(儲存元素個數/負載因子)+1”的公式計算出正確的值再進行