面试题：简述为什么HashMap使用的时候指定容量?

在使用HashMap时，指定初始容量（initial capacity）是一种优化手段，主要目的是为了提高性能，减少哈希表扩容的次数。以下是具体原因：

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1. 减少扩容操作

• 默认容量：
  • HashMap的默认初始容量是16，负载因子（load factor）是0.75。
  • 当元素数量超过容量 * 负载因子时，HashMap会自动扩容（通常是当前容量的2倍）。
• 扩容开销：
  • 扩容需要重新计算所有元素的哈希值，并将它们重新分配到新的桶（bucket）中。
  • 这是一个耗时的操作，时间复杂度为O(n)。
• 指定容量：
  • 如果预先知道HashMap中将要存储的元素数量，可以通过指定初始容量来避免或减少扩容操作。

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2. 提高哈希表的性能

• 减少哈希冲突：
  • HashMap的性能与哈希冲突密切相关。哈希冲突越少，查找、插入和删除操作的性能越高。
  • 指定一个合适的初始容量可以减少哈希冲突的概率。
• 容量选择：
  • 初始容量应大于预计元素数量 / 负载因子。
  • 例如，如果预计存储100个元素，负载因子为0.75，则初始容量应至少为100 / 0.75 = 133.33，取下一个2的幂次方（即128）。

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3. 避免频繁调整内部数据结构

• 桶的数量：
  • HashMap内部使用数组（桶）来存储元素。桶的数量决定了哈希表的分布均匀性。
  • 如果初始容量过小，会导致桶的数量不足，增加哈希冲突的概率。
• 动态调整：
  • 每次扩容都会调整桶的数量，这会带来额外的开销。
  • 指定合适的初始容量可以避免频繁调整。

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4. 代码示例

// 不指定容量
HashMap<String, Integer> map1 = new HashMap<>(); // 默认容量16
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    map1.put("key" + i, i);
}
// 在插入第13个元素时（16 * 0.75 = 12），会触发扩容。

// 指定容量
HashMap<String, Integer> map2 = new HashMap<>(128); // 初始容量128
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    map2.put("key" + i, i);
}
// 不会触发扩容，性能更好。

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5. 注意事项

• 容量选择：
  • 初始容量应设置为预计元素数量 / 负载因子的向上取整值。
  • 例如，预计存储100个元素，负载因子为0.75，则初始容量应为100 / 0.75 = 133.33，取下一个2的幂次方（即128）。
• 负载因子：
  • 负载因子决定了HashMap在何时扩容。
  • 默认负载因子为0.75，可以在构造函数中指定其他值。

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总结

指定HashMap的初始容量是一种性能优化手段，主要目的是：

1. 减少扩容操作，避免额外的性能开销。
2. 减少哈希冲突，提高查找、插入和删除操作的效率。
3. 避免频繁调整内部数据结构，保持哈希表的稳定性。