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揭秘集合框架扩容：深度对比不同策略，助你高效选择

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在Java编程语言中，集合框架是处理集合数据的基础工具。集合框架提供了多种接口和类，如ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap等，这些集合类在处理数据时，经常会遇到扩容的问题。本文将深入探讨集合框架的扩容机制，对比不同扩容策略，帮助你高效选择合适的集合类。

一、集合框架扩容概述

集合框架的扩容是指在集合元素数量达到一定阈值时，自动增加集合容量以容纳更多元素的过程。扩容是集合框架中一个重要的性能优化点，合理的扩容策略可以显著提高集合的操作效率。

二、ArrayList扩容策略

ArrayList是Java中常用的动态数组实现，其扩容策略如下：

  1. 初始容量：ArrayList的初始容量为10。
  2. 扩容倍数：当ArrayList的元素数量达到当前容量时，扩容策略是将容量翻倍。
  3. 扩容操作：扩容操作涉及到创建一个新的数组，并将旧数组中的元素复制到新数组中。
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    if (minCapacity > oldCapacity) {
        Object oldData[] = elementData;
        int newCapacity = (oldCapacity * 3) / 2 + 1;
        if (newCapacity < minCapacity)
            newCapacity = minCapacity;
        elementData = Arrays.copyOf(oldData, newCapacity);
    }
}

三、LinkedList扩容策略

LinkedList是基于链表实现的集合类，其扩容策略如下：

  1. 节点存储：LinkedList使用Node类存储元素，每个Node包含数据和指向下一个节点的引用。
  2. 扩容操作：LinkedList的扩容操作相对简单，只需在链表尾部添加新节点即可。
public void add(int index, E element) {
    if (index > size || index < 0)
        throw new IndexOutOfBoundsException();
    Node<E> prev = (index == 0) ? first : node(index - 1);
    Node<E> next = (index == size) ? null : node(index);
    Node<E> newNode = new Node<>(element, next);
    prev.next = newNode;
    size++;
}

四、HashSet扩容策略

HashSet是基于哈希表实现的集合类，其扩容策略如下：

  1. 负载因子：HashSet的负载因子默认为0.75，表示当哈希表中的元素数量达到容量乘以负载因子时，进行扩容。
  2. 扩容倍数：HashSet的扩容策略是将容量翻倍，并重新计算元素的位置。
public void rehash() {
    field tab[] = this.table;
    int oldCapacity = tab.length;
    int newCapacity = oldCapacity << 1;
    Node<K>[] newTab = (Node<K>[])new Node[newCapacity];
    this.table = newTab;
    this.threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
    for (Node<K> e : tab) {
        while (e != null) {
            Node<K> next = e.next;
            int i = e.hash & (newCapacity - 1);
            e.next = newTab[i];
            newTab[i] = e;
            e = next;
        }
    }
}

五、HashMap扩容策略

HashMap是基于哈希表实现的集合类，其扩容策略如下：

  1. 负载因子：HashMap的负载因子默认为0.75，表示当哈希表中的元素数量达到容量乘以负载因子时，进行扩容。
  2. 扩容倍数：HashMap的扩容策略是将容量翻倍，并重新计算元素的位置。
public void resize() {
    int oldCapacity = this.table.length;
    int newCapacity = oldCapacity << 1;
    Node<K>[] newTable = (Node<K>[])new Node[newCapacity];
    this.threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
    for (int j = 0; j < oldCapacity; j++) {
        Node<K> e = this.table[j];
        if (e != null) {
            Node<K> next = e.next;
            int i = e.hash & (newCapacity - 1);
            e.next = newTable[i];
            newTable[i] = e;
            this.table[j] = next;
        }
    }
    this.table = newTable;
}

六、总结

本文深入探讨了Java集合框架中的扩容策略，对比了ArrayList、LinkedList、HashSet和HashMap的扩容方式。在实际开发中，根据需求选择合适的集合类和扩容策略，可以有效提高程序的性能。

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