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要明白為什么是2的n次冪，這要從hashmap的hash方式說起，hashmap的容量期望就是用來均勻散列存放map中的元素。hashmap根據hash值把元素放到hashmap內部數組的一個位置上。

1、為什么hashmap的容量必須是2的n次冪？？

我們不妨先看看hashCode的原理，以String為列，獲取hashCode的方法源碼

public int hashCode() {int h = hash;if (h == 0 && value.length > 0) {char val[] = value;for (int i = 0; i < value.length; i++) {h = 31 * h + val[i];}hash = h;}return h;}

可以看出任何對象的hashCode方法返回一個對應的int類型的結果，所以hashCode的取值范圍是-2^31 ~ (2^31-1),即-2147483648~2147483647。

（值得注意的是：兩個對象equals相等，hashCode一定相等，hashCode相等，equals不一定相等，從上段代碼hashCode源碼中可以得出這個結論，會存在不同的數，計算出相同的hashCode）

當要存入map中的條目數為n（0 < n <= 1073741824）的時候，這n個數要散列分布到map數組中，那么map數組的長度為多少，才能使得元素在map數組最為呈現散列均勻分布，又不浪費空間呢？那么就是要求每個數通過某種算法，填入到數組表中的概率是相等的。這種算法最容易想到的就是取模運算。

我們聯想下通過運算能不能達到類似效果呢，因為計算機本身就是通過位運算完成所有計算的，通過測試發現位運算比模運算快約27倍。怎么個位運算，使得n個元素能在有指定數組長度的情況下，得到散列分布索引值呢？

參考hashMap獲取索引的算法源碼

public static int indexFor(int h, int length) {return h & (length-1);}

indexFor中的h是hashCode通過變換之后的值。怎么變換呢？為什么要變換呢？hashCode結果是一個32位的二進制數，如果直接用如此長的二進制數和目標length-1直接進行與運算結果為怎么樣呢？答案是高位（也就是左邊的位）會大量丟失。看看下面例子

如果兩個數的hashCode分別是

11001110 11001101 11011101 00111110

11001110 11001111?11011101 00111110

只有其中第15位不一樣(任何高位不一樣都可以，假如我們以16位為劃分，任何兩個高16位不一樣，低16位一樣的數)，這兩個hashCode與length-1做與運算，當length<2的16次方時（1<<16 =?65536）得到兩個hashCode &?length-1 的結果一樣，這樣的兩個數，卻產生了相同的hash結果，于是hashMap想到了一種處理方式:將hashCode的高16位于低16位進行異或運算，其實吧用普通話說就是把高16位的特征放到低16位中，讓低低16位同時擁有了高16的特征。這樣，在與length-1做與運算時結果就不一樣了。其計算過程如下：假如有hashCode a=11001110 11001111 11011101 00111110

int a = 11001110 11001111 11011101 00111110a >>> 16 = 00000000 00000000 11001110 11001111a ^ (a >>> 16)11001110 11001111 11011101 00111110 00000000 00000000 11001110 11001111 = 11001110 11001111 00010011 11110001

用java代碼表達?

static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);}

hashCode結果是32位int 結果，將32位的結果做變換，可以從下面例子來研究下

int a = 11001110 11001111 11011101 00111110a >>> 16 = 00000000 00000000 11001110 11001111a ^ (a >>> 16)11001110 11001111 11011101 00111110 00000000 00000000 11001110 11001111 = 11001110 11001111 00010011 11110001

在算法上可以看出，32位hashcode中保持高16位不變，高16與低16異或結果作為新的低16位。然后用hash得到的結果傳入方法indexFor獲取到hashMap的索引。

hash與n-1 做與運算，這樣既在容量遠小于1<<16（往往hashmap的容量遠小于65535） 的情況下，hash & (n-1)，在計算中只有低位（(n-1)對應的二進制數相同的位數）參與&運算，計算效率高，同時也保證的hash的高16位參與了索引運算。這樣得到的索引能呈較為理想的散列分布，在將條目放入hashMap中時，最大限度避免hash碰撞。

設hashMap容量為16，那么我們看下計算出來的索引值

11001110 11001111 00010011 11110001 & 00000000 00000000 00000000 00001111 = 00000000 00000000 00000000 00000001

索引=1，將該條目存入hash表標號為1的位置處

回到標題中的問題：為什么容量一定要是2的n次冪，只有當length=2的n次冪的時候，length-1的二進制表達 全部為1（15的二進制1111，31的二進制位11111），只有當length-1的全部位都1時，h & (length-1)的結果才能均勻散列在數組中。這時，取模和與運算兩種運算才是等價不等效的。至此就解釋完了為什么hashMap的容量必須是2的整數次冪。

2、hashmap怎么去計算容量呢？怎么確保程序員傳入的值是2的n次冪呢，答案是不能保證。那就只能通過內部算法hashMa自己來實現保證。

先不考慮擴容的情況下，通過傳入我們自定義的容量值來構造HashMap實例

public HashMap(int initialCapacity) {// DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);}

怎么保證傳入的容量一定2的整數次冪，可以從源碼來看，通過下面方法等到保證，結果一定是2的整數次冪，結果是大于等于initialCapacity的最小2的整數次冪。

n |= n >>> 1, ?符號 | 為或運算，n 與 n>>>1 進行或運算，然后賦值給n

static final int tableSizeFor(int cap) {int n = cap - 1;n |= n >>> 1;n |= n >>> 2;n |= n >>> 4;n |= n >>> 8;n |= n >>> 16;return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;}

當不指定Hashmap容量是，初始化默認容量為16，當往HashMap中put時，會檢查當前hash表中的條目數是否大于容量的0.75倍，如果滿足大于容量的0.75，hashMap調用resize方法，新容量 = 原來容量 x 2，在resize時將原來的容量翻倍，然后把之前所有條目復制一遍放入擴容之后的hash表中，這是非常好性能的操作，所以在已知容量數量的情況下避免擴容的情況發生。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的为什么hashmap的容量必须是2的n次幂的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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