浅谈JAVA中HashMap、ArrayList、StringBuilder等的扩容机制

JAVA中的部分需要扩容的内容总结如下：

第一部分：

HashMap<String, String> hmap=new HashMap<>();

HashSet<String> hset=new HashSet<>();

Hashtable<String, String> htable=new Hashtable<>();

第二部分：

CopyOnWriteArrayList<String> coarray=new CopyOnWriteArrayList<>();

ArrayList<String> array=new ArrayList<>();

Vector<String> vec=new Vector<>();

第三部分：

StringBuffer sb=new StringBuffer();

StringBuilder sbu=new StringBuilder();

先从以下几个源码方面分析：(JDK1.8)

1、初始容量。

2、扩容机制。

3、同类型之间对比。

1.1 HashMap：
一、初始容量定义：默认为1 << 4（16）。最大容量为1<< 30。

/**

* The default initial capacity - MUST be a power of two.

*/

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

/**

* The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified

* by either of the constructors with arguments.

* MUST be a power of two <= 1<<30.

*/

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
二、扩容加载因子为(0.75)，第一个临界点在当HashMap中元素的数量等于table数组长度*加载因子（16*0.75=12），
如果超出则按oldThr << 1（原长度*2）扩容。

/**

* The load factor used when none specified in constructor.

*/

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

/**

* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity

* (16) and the default load factor (0.75).

*/

if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&

oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)

newThr = oldThr << 1; // double threshold

1.2 HashSet

一、初始容量定义：16。因为构造一个HashSet，其实相当于新建一个HashMap，然后取HashMap的Key。
扩容机制和HashMap一样。

public HashSet(Collection<? extends E> c) {

map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));

addAll(c);

}

public HashSet(int initialCapacity) {

map = new HashMap<>(initialCapacity);

}

1.3 Hashtable<String, String> htable=new Hashtable<>();

public class Hashtable<K,V>

extends Dictionary<K,V>
一、初始容量定义：capacity (11)。

/**

* Constructs a new, empty hashtable with a default initial capacity (11)

* and load factor (0.75).

*/

public Hashtable() {

this(11, 0.75f);

}
二、扩容加载因子(0.75)，当超出默认长度（int）（11*0.75）=8时，扩容为old*2+1。
int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;

小结：HashTable和HashMap区别

第一，继承不同。
public class Hashtable extends Dictionary implements Map
public class HashMap extends AbstractMap implements Map
第二：
Hashtable 中的方法是同步的，而HashMap中的方法在缺省情况下是非同步的。在多线程并发的环境下，可以直接使用 
Hashtable，但是要使用HashMap的话就要自己增加同步处理了。
第三，Hashtable中，key和value都不允许出现null值。

在HashMap中，null可以作为键，这样的键只有一个；可以有一个或多个键所对应的值为null。当get()方法返回null值时， 
即可以表示 HashMap中没有该键，也可以表示该键所对应的值为null。因此，在HashMap中不能由get()方法来判断HashMap中 
是否存在某个键， 而应该用containsKey()方法来判断。

第四，两个遍历方式的内部实现上不同。

Hashtable、HashMap都使用了 Iterator。而由于历史原因，Hashtable还使用了Enumeration的方式 。

第五，哈希值的使用不同，HashTable直接使用对象的hashCode。而HashMap重新计算hash值。

第六，
Hashtable和HashMap它们两个内部实现方式的数组的初始大小和扩容的方式。HashTable中hash数组默认大小是11，增加的方 
式是 old*2+1。HashMap中hash数组的默认大小是16， 增加的方式是 old*2。

2.1 CopyOnWriteArrayList：

/**

* Creates an empty list.

*/

public CopyOnWriteArrayList() {

setArray(new Object[0]);

}
CopyOnWriteArrayList在做修改操作时，每次都是重新创建一个新的数组，在新数组上操作，最终再将新数组替换掉原数组 
。因此，在做修改操作时，仍可以做读取操作，读取直接操作的原数组。读和写操作的对象都不同，因此读操作和写操作互 
不干扰。只有写与写之间需要进行同步等待。另外，原数组被声明为volatile，这就保证了，一旦数组发生变化，则结果对 
其它线程(读线程和其它写线程)是可见的。

CopyOnWriteArrayList并不像ArrayList一样指定默认的初始容量。它也没有自动扩容的机制，而是添加几个元素，长度就相 
应的增长多少。

CopyOnWriteArrayList适用于读多写少，既然是写的情况少，则不需要频繁扩容。并且修改操作每次在生成新的数组时就指 
定了新的容量，也就相当于扩容了，所以不需要额外的机制来实现扩容。

2.2 ArrayList<String> array=new ArrayList<>();
一、初始容量定义：10。

/**

* Default initial capacity.

*/

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

二、扩容：oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，即原集合长度的1.5倍。

// overflow-conscious code

int oldCapacity = elementData.length;

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

2.3 Vector<String> vec=new Vector<>();
一、初始容量定义：10。

public Vector() {

this(10);

}
二、扩容：当扩容因子大于0时，新数组长度为原数组长度+扩容因子，否则新数组长度为原数组长度的2倍。 

// overflow-conscious code

int oldCapacity = elementData.length;

int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?

capacityIncrement : oldCapacity);
小结：
1，ArrayList与Vector初始容量都为10。
2，扩容机制不同，当超出当前长度时ArrayList扩展为原来的1.5倍，而若不考虑扩容因子Vector扩展为原来的2倍。

3,ArrayList为非线程安全的，处理效率上较Vector快，若同时考虑线程安全和效率，可以使用 CopyOnWriteArrayList。

3.1 StringBuffer sb=new StringBuffer();
一、初始容量定义：16。

public StringBuffer() {

super(16);

}

public final class StringBuffer

extends AbstractStringBuilder

implements java.io.Serializable, CharSequence
二、扩容：因为StringBuffer extends AbstractStringBuilder，所以实际上是用的是AbstractStringBuilder
的扩容方法，当用append(str),添加字符串时，假设字符串中已有字符长度为count的字符串,初始长度value=16,若要添加的 
字符串长度（count+str.length()）<=(value*2+2)则按value*2+2长度扩容，并且
value=value*2+2，若（count+str.length()）>(value*2+2)，则按count+str.length()长度扩容，并且
value=count+str.length()。下次超出时再按以上方法与value*2+2比较扩容。

private int newCapacity(int minCapacity) {

// overflow-conscious code

int newCapacity = (value.length << 1) + 2;

if (newCapacity - minCapacity < 0) {

newCapacity = minCapacity;

3.2 StringBuilder sbu=new StringBuilder();

public final class StringBuilder

extends AbstractStringBuilder

implements java.io.Serializable, CharSequence

public StringBuilder() {

super(16);

}

private int newCapacity(int minCapacity) {

// overflow-conscious code

int newCapacity = (value.length << 1) + 2;

if (newCapacity - minCapacity < 0) {

newCapacity = minCapacity;
小结：
1.StringBuilder是jdk1.5引进的，而StringBuffer在1.0就有了；
2.StringBuilder和StringBuffer都是可变的字符串。能够通过append或者insert等方法改动串的内容；
3.StringBuffer是线程安全的而StringBuilder不是，因而在多线程的环境下优先使用StringBuffer，而其它情况下推荐使用 
StringBuilder，由于它更快。
4.StringBuilder和StringBuffer都继承自AbstractStringBuilder类，AbStractStringBuilder主要实现了扩容、append、 
insert方法。StrngBuilder和StringBuffer的相关方法都直接调用的父类。
5.StringBuilder和StringBuffer的初始容量都是16,程序猿尽量手动设置初始值。以避免多次扩容所带来的性能问题；
6.StringBuilder和StringBuffer的扩容机制是这种：首先试着将当前数组容量扩充为原数组容量的2倍加上2，假设这个新容 
量仍然小于预定的最小值（minimumCapacity），那么就将新容量定为（minimumCapacity），最后推断是否溢出，若溢出， 
则将容量定为整型的最大值0x7fffffff。