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Java集合框架中的集合类初始化与扩容机制

P粉602998670

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发布时间:2026-01-05 18:12:08

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来源于php中文网

原创

能,但仅限于前initialCapacity个元素插入阶段;一旦超限即触发扩容,后续按1.5倍增长。

java集合框架中的集合类初始化与扩容机制

ArrayList 初始化时指定初始容量能避免扩容吗

能,但仅限于前 initialCapacity 个元素插入阶段。一旦元素数量超过该值,ArrayList 就会触发第一次扩容。

默认无参构造函数创建的 ArrayList 使用空数组(DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA),首次 add() 时才扩容到 10;而传入 new ArrayList(100) 会直接分配长度为 100 的 Object[] 数组,跳过前两次扩容开销。

常见误判是认为“初始化容量 = 最终容量”,其实它只是起点——后续仍可能多次扩容:

  • 扩容发生在 add()addAll() 等写操作中,非读操作
  • 扩容不是按固定步长增长,而是当前容量 * 1.5(JDK 8+),向下取整后加 1(如 10 → 15 → 22 → 33…)
  • 若预估容量严重不足(比如初始化为 10,却要塞 1000 个元素),会经历约 8 次扩容 + 数组拷贝,性能损耗明显

HashMap 的 initialCapacity 和 loadFactor 怎么配合使用

initialCapacity 不是桶数组的最终长度,而是「内部会向上取整为 2 的幂次」后的值;loadFactor 决定何时触发扩容——当 size > capacity × loadFactor 时扩容。

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例如:new HashMap(10, 0.75f) 实际桶数组长度为 16(≥10 的最小 2 的幂),阈值(threshold)为 16 × 0.75 = 12。第 13 次 put() 才触发扩容至 32。

容易踩的坑:

  • 传入奇数或质数作为 initialCapacity(如 7、19)毫无意义,内部全被转成 8、32 等 2 的幂
  • loadFactor 过小(如 0.5)会导致频繁扩容;过大(如 0.9)虽节省空间,但哈希冲突概率上升,链表/红黑树查找变慢
  • 如果明确知道键数量(比如 1000 个用户 ID),推荐: initialCapacity = (int) Math.ceil(expectedSize / loadFactor),再由 HashMap 自动对齐到 2 的幂

LinkedList 初始化时传入 Collection 会触发扩容吗

不会。因为 LinkedList 是双向链表实现,没有“容量”和“扩容”概念——每个元素都单独分配节点对象(Node),插入只涉及指针重连。

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所以 new LinkedList(someList) 只是遍历原集合,逐个调用 addLast(),时间复杂度 O(n),但全程无数组拷贝、无内存重分配。

不过要注意副作用:

  • 即便传入空集合,也会新建一个空的 header 节点(JDK 8 中是 first = last = null,但逻辑上仍需维护头尾引用)
  • 相比 ArrayListLinkedList 的内存开销更大(每个元素额外两个引用字段),随机访问慢(O(n)),仅在频繁首尾增删时有优势
  • 它的「初始化」本质是构建链表结构,不是预分配连续内存,所以谈不上“扩容机制”

ConcurrentHashMap 在多线程下如何控制扩容节奏

JDK 8+ 的 ConcurrentHashMap 把扩容拆成多个段(transferIndex 分片),由多个线程协作完成,不阻塞读写。扩容触发条件仍是 size > capacity × loadFactor,但行为完全不同:

当一个线程发现需要扩容,它会尝试推进迁移进度(从高位桶开始搬数据),其他线程在 put 时若碰到正在迁移的桶(ForwardingNode),也会顺手帮搬几个桶,直到全部迁移完成。

关键细节:

  • 扩容不是全量复制,而是分段迁移,每段大小为 16 个桶(MIN_TRANSFER_STRIDE
  • 扩容期间读操作不受影响(旧桶仍可读),写操作会先协助迁移再写入新桶
  • 初始容量建议设为 2 的幂,否则会被自动提升(如传 10 → 实际用 16),且并发度参数(concurrencyLevel)在 JDK 8+ 已被忽略,仅保留向后兼容

真正难处理的是扩容过程中的中间态:某个桶已迁移,另一个还没动,这时候遍历(keySet()entrySet())返回的结果可能不一致——这不是 bug,是设计使然。

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