谈谈Hashmap的容量为什么是2的幂次问题

做为面试常考的问题之一，每次都答的模模糊糊，有必要了解一下，首先来看一下hashmap的put方法的源码

public V put(K key, V value) {
  if (key == null)
   return putForNullKey(value);  //将空key的Entry加入到table[0]中
  int hash = hash(key.hashCode());  //计算key.hashcode()的hash值，hash函数由hashmap自己实现
  int i = indexFor(hash, table.length);//获取将要存放的数组下标
  /*
   * for中的代码用于：当hash值相同且key相同的情况下，使用新值覆盖旧值（其实就是修改功能）
   */
  for (Entry<K, V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {//注意：for循环在第一次执行时就会先判断条件
   Object k;
   //hash值相同且key相同的情况下，使用新值覆盖旧值
   if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
    V oldValue = e.value;
    e.value = value;
    //e.recordAccess(this);
    return oldValue;//返回旧值
   }
  }

  modCount++;
  addEntry(hash, key, value, i);//增加一个新的Entry到table[i]
  return null;//如果没有与传入的key相等的Entry，就返回null
 }

/**
  * "按位与"来获取数组下标
  */
 static int indexFor(int h, int length) {
  return h & (length - 1);
 }

hashmap始终将自己的桶保持在2的n次方，这是为什么？indexFor这个方法解释了这个问题

大家都知道计算机里面位运算是基本运算，位运算的效率是远远高于取余%运算的

举个例子：

2^n转换成二进制就是1+n个0，减1之后就是0+n个1，如16 -> 10000，15 -> 01111

那么根据&位运算的规则，都为1(真)时，才为1，那0≤运算后的结果≤15，假设h <= 15，那么运算后的结果就是h本身，h >15，运算后的结果就是最后四位二进制做&运算后的值，最终，就是%运算后的余数。

当容量一定是2^n时，h & (length - 1) == h % length

补充知识：HashMap容量和负载因子

HashMap底层数据结构是数组+链表，JDK1.8中还引入了红黑树，当链表长度超过8个时，会将链表转成红黑树，以提升其查找性能。那么，给出一个<key, value>节点，HashMap是如何确定这个节点应该放在具体哪个位置呢？（以JDK1.8为例）

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
  Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
  // HashMap没有被初始化，则先进行初始化
  if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    n = (tab = resize()).length;
  // 节点所在index = (n - 1) & hash，该位置没有数据，则直接将新节点放在数组的index位置上
  if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
  else { // index上已经有节点了
    Node<K,V> e; K k;
    // 如果新key与原来的key一样，则e指向原节点p（后面会用新value替换e所指向的value）
    if (p.hash == hash &&
      ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
      e = p;
    // 如果该节点是树节点，则采用树的插入算法，插入新节点
    else if (p instanceof HashMap.TreeNode)
      e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
    else { // 该节点是链表节点
      for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
        // 将新节点插入到index所在链表的末端
        if ((e = p.next) == null) {
          p.next = newNode(hash, key, value, null);
          // 链表节点超过8个，则进行链表转树处理
          if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
            treeifyBin(tab, hash);
          break;
        }
        // 同样的，如果key已经存在的话，则不进行插入操作，而是后面进行value替换
        if (e.hash == hash &&
          ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
          break;
        p = e;
      }
    }
    // e != null的情况，就是key已经存在了，这里统一进行了新值value，替换旧值e.value的操作
    if (e != null) { // existing mapping for key
      V oldValue = e.value;
      if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
        e.value = value;
      afterNodeAccess(e);
      return oldValue;
    }
  }
  ++modCount;
  // 插入后数组size 大于阈值的话，需要进行扩容
  if (++size > threshold)
    resize();
  afterNodeInsertion(evict);
  return null;
}

看源码，节点落在数组中的index = （数组长度 - 1） & key的hashcode，如果该index上没有数据，则直接插到该index上，如果节点已经有数据了，则把新节点插入该index对应的链表中（如果链表节点大于8个，会进行链表转树，之后的插入算法就变成了树的插入算法）。

每次put之后，会检测一下是否需要扩容，size超过了 总容量 * 负载因子，则会扩容。默认情况下，16 * 0.75 = 12个。

1、为什么初始容量是16

当容量为2的幂时，上述n -1 对应的二进制数全为1，这样才能保证它和key的hashcode做&运算后，能够均匀分布，这样才能减少hash碰撞的次数。至于默认值为什么是16，而不是2 、4、8，或者32、64、1024等，我想应该就是个折中处理，过小会导致放不下几个元素，就要进行扩容了，而扩容是一个很消耗性能的操作。取值过大的话，无疑会浪费更多的内存空间。因此在日常开发中，如果可以预估HashMap会存入节点的数量，则应该在初始化时，指定其容量。

2、为什么负载因子是0.75

也是一个综合考虑，如果设置过小，HashMap每put少量的数据，都要进行一次扩容，而扩容操作会消耗大量的性能。如果设置过大的话，如果设成1，容量还是16，假设现在数组上已经占用的15个，再要put数据进来，计算数组index时，发生hash碰撞的概率将达到15/16，这违背的HashMap减少hash碰撞的原则。

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