8. 为什么 Java 中 HashMap 的默认负载因子是 0.75？

PangHu大约 3 分钟

在 Java 中，HashMap 的默认负载因子（load factor）是 0.75，这是一个经过广泛实践和理论证明的折衷选择，能够在时间和空间复杂度之间取得较好的平衡。

什么是负载因子？

负载因子是衡量 HashMap 中元素填充密度的一个参数，用于决定何时进行扩容。它的计算公式如下：

负载因子=当前元素个数哈希表容量\text{负载因子} = \frac{\text{当前元素个数}}{\text{哈希表容量}}负载因子=哈希表容量当前元素个数

当 HashMap 中的元素个数超过了 负载因子 × 哈希表容量 时，HashMap 会自动进行扩容，将容量扩大为原来的两倍。

为什么默认负载因子是 0.75？

负载因子直接影响 HashMap 的性能，主要体现在以下两个方面：

时间复杂度：
- 较低的负载因子意味着 HashMap 更稀疏，哈希冲突较少，因此查找、插入和删除操作的平均时间复杂度更低，接近 O(1)。
- 但较低的负载因子也意味着需要更多的内存来存储相同数量的元素，内存利用率降低。
空间复杂度：
- 较高的负载因子意味着 HashMap 更密集，内存利用率较高，但哈希冲突增多，导致链表（或红黑树）更长，查找和插入操作的时间复杂度可能会增加，接近 O(n)。
- 过高的负载因子会导致 HashMap 的性能下降，特别是在大量哈希冲突的情况下。

0.75 是一个平衡点

性能折衷：负载因子为 0.75 被认为是查找效率和内存使用之间的最佳平衡点。在大多数情况下，负载因子为 0.75 可以确保 HashMap 在保持良好查找性能的同时，内存利用率也较高。
实践证明：在实际应用中，0.75 的负载因子能够有效地减少哈希冲突的发生，同时避免频繁扩容带来的性能开销。实验和理论研究表明，0.75 是在性能和空间效率之间的一个合理折衷。
扩容频率：当负载因子为 0.75 时，HashMap 在填充到 75% 时才会进行扩容，这样既能减少扩容操作的频率，又能保证较好的访问性能。

其他负载因子的影响

较低的负载因子：比如 0.5，会降低哈希冲突的可能性，但也会导致更频繁的扩容，并且浪费更多的内存。
较高的负载因子：比如 1.0，能够更好地利用内存，但会增加哈希冲突的可能性，降低操作的性能。

结论

Java 中 HashMap 的默认负载因子 0.75 是一个经过实践验证的折衷选择，能够在时间复杂度和空间利用率之间取得较好的平衡。这个默认值在大多数应用场景下都能提供良好的性能和较高的内存利用率，因此被设定为默认值。如果你在特定的应用场景中对性能或内存有特殊要求，也可以根据需求调整负载因子，但默认值通常是一个不错的选择。