这是我的第 205 期分享
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 8
final Node<K,V>[] resize() {// 扩容前的数组Node<K,V>[] 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) < MAXIMUM_CAPACITY &&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 thresholdnewCap = 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 < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);}threshold = newThr; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];// 开始扩容，将新的容量赋值给 tabletable = 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 < oldCap; ++j) {Node<K,V> 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<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);else { // preserve order// 链表复制，JDK 1.8 扩容优化部分Node<K,V> loHead = null, loTail = null;Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next;do {next = e.next;// 原索引if ((e.hash & oldCap) == 0) {if (loTail == null)loHead = e;elseloTail.next = e;loTail = e;}// 原索引 + oldCapelse {if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.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：
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jmh/jmh-core -->
<dependency><groupId>org.openjdk.jmh</groupId><artifactId>jmh-core</artifactId><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}@Benchmarkpublic 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);}@Benchmarkpublic 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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