HashMap的扩容机制以及默认大小为何是2次幂

HashMap的Put方法

HashMap的数据结构设计可以参考链接。接下来回顾HashMap的put(Key k, Value v)过程：

（1）对 Key求Hash值，计算出Hash表下标，对应hashCode()方法，所以使用class对象作为Key时需要重写该对象的hashCode()方法与equals()方法。
（2）如果没有碰撞，直接放入桶中，即Hash表数组对应位置的链表表头。
（3）如果碰撞了，若节点已经存在就替换旧值，否则以链表的方式将该元素链接到后面。
（4）如果链表长度超过阀值（TREEIFY_THRESHOLD == 8），就把链表转成红黑树。红黑树我不熟悉，这里不展开讲。
（5）如果桶满了（容量 * 加载因子），就需要resize。

HashMap的扩容机制

假设length为Hash表数组的大小，方法indexFor(int hash, int length)为

indexFor(int hash, int length) {
return hash % length;
}

在旧数组中同一条Entry链上的元素，在resize过程中，通过重新计算索引位置后，有可能被放到了新数组的不同位置上。JDK8做了一些优化，resize过程中对Hash表数组大小的修改使用的是2次幂的扩展（指长度扩为原来2倍），这样有2个好处。

好处1

在hashmap的源码中。put方法会调用indexFor(int h, int length)方法，这个方法主要是根据key的hash值找到这个entry在Hash表数组中的位置，源码如下：

/**
* Returns index for hash code h.
*/
static int indexFor(int h, int length) {
// assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";
return h & (length-1);
}

上述代码也相当于对length求模。 注意最后return的是h&(length-1)。如果length不为2的幂，比如15。那么length-1的2进制就会变成1110。在h为随机数的情况下，和1110做&操作。尾数永远为0。那么0001、1001、1101等尾数为1的位置就永远不可能被entry占用。这样会造成浪费，不随机等问题。 length-1 二进制中为1的位数越多，那么分布就平均。

好处2

以下图为例，其中图（a）表示扩容前的key1和key2两种key确定索引位置的示例，图（b）表示扩容后key1和key2两种key确定索引位置的示例，n代表length。



元素在重新计算hash之后，因为n变为2倍，那么n-1的mask范围在高位多1bit(红色)，因此新的index就会发生这样的变化：



resize过程中不需要像JDK1.7的实现那样重新计算hash，只需要看看原来的hash值新增的那个bit是1还是0就好了，是0的话索引没变，是1的话索引变成“原索引+oldCap”，可以看看下图为16扩充为32的resize示意图（一方面位运算更快，另一方面抗碰撞的Hash函数其实挺耗时的）：



源码如下

1 final Node<K,V>[] resize() {
2     Node<K,V>[] oldTab = table;
3     int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
4     int oldThr = threshold;
5     int newCap, newThr = 0;
6     if (oldCap > 0) {
7         // 超过最大值就不再扩充了，就只好随你碰撞去吧
8         if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
9             threshold = Integer.MAX_VALUE;
10             return oldTab;
11         }
12         // 没超过最大值，就扩充为原来的2倍
13         else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
14                  oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
15             newThr = oldThr << 1; // double threshold
16     }
17     else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
18         newCap = oldThr;
19     else {               // zero initial threshold signifies using defaults
20         newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
21         newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
22     }
23     // 计算新的resize上限
24     if (newThr == 0) {
25
26         float ft = (float)newCap * loadFactor;
27         newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
28                   (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
29     }
30     threshold = newThr;
31     @SuppressWarnings({"rawtypes"，"unchecked"})
32         Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
33     table = newTab;
34     if (oldTab != null) {
35         // 把每个bucket都移动到新的buckets中
36         for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
37             Node<K,V> e;
38             if ((e = oldTab[j]) != null) {
39                 oldTab[j] = null;
40                 if (e.next == null)
41                     newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
42                 else if (e instanceof TreeNode)
43                     ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
44                 else { // 链表优化重hash的代码块
45                     Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
46                     Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
47                     Node<K,V> next;
48                     do {
49                         next = e.next;
50                         // 原索引
51                         if ((e.hash & oldCap) == 0) {
52                             if (loTail == null)
53                                 loHead = e;
54                             else
55                                 loTail.next = e;
56                             loTail = e;
57                         }
58                         // 原索引+oldCap
59                         else {
60                             if (hiTail == null)
61                                 hiHead = e;
62                             else
63                                 hiTail.next = e;
64                             hiTail = e;
65                         }
66                     } while ((e = next) != null);
67                     // 原索引放到bucket里
68                     if (loTail != null) {
69                         loTail.next = null;
70                         newTab[j] = loHead;
71                     }
72                     // 原索引+oldCap放到bucket里
73                     if (hiTail != null) {
74                         hiTail.next = null;
75                         newTab[j + oldCap] = hiHead;
76                     }
77                 }
78             }
79         }
80     }
81     return newTab;
82 }

Reference

https://zhidao.baidu.com/question/1738414783693877787.html
https://blog.csdn.net/aichuanwendang/article/details/53317351