Java编程：浅析 HashMap 中数组的 size 为什么必须是 2 的整数次幂

直入主题：HashMap 中数组的 size 必须是 2 的幂，是为了将 key 的 hash 值均匀的分布在数组的索引上，下面我们来进行分析。如有不正之处，欢迎批评指正。

HashMap 中使用 indexFor 方法来计算 key 所在的数组的索引，实现逻辑为 key 的 hash 值与数组的长度值减 1 进行与运算，代码如下：

/**
* Returns index for hash code h.
*/
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length - 1);
}

我们举两个例子来说明原因。

例一： 假定 length = 50 （非 2 的整数次幂），二进制值为 0011 0010，这里我们使用 8 位二进制数来进行计算。length - 1 = 49，二进制值为 0011 0001。我们计算任何整数与 49 进行与运算的可能的结果如下：

0000 0000 //0
0000 0001 //1
0001 0000 //16
0001 0001 //17
0010 0000 //32
0010 0001 //33
0011 0000 //48
0011 0001 //49

可能的结果值为：0、1、16、17、32、33、48、49，对于一个长度为 50 的数组，我们只命中了其中的 8 个索引值，产生了索引值的非均匀分布。

例二： 假定 length = 32（2的五次幂），二进制值为 0010 0000，这里我们使用 8 位二进制数来进行计算。length - 1 = 31，二进制值为 0001 1111。我们计算任何整数与 31 进行与运算的可能的结果如下：

0000 0000 //0
0000 0001 //1
0000 0010 //2
0000 0011 //3
0000 0100 //4
0000 0101 //5
0000 0110 //6
0000 0111 //7
0000 1000 //8
0000 1001 //9
0000 1010 //10
0000 1011 //11
0000 1100 //12
0000 1101 //13
0000 1110 //14
0000 1111 //15
0001 0000 //16
0001 0001 //17
0001 0010 //18
0001 0011 //19
0001 0100 //20
0001 0101 //21
0001 0110 //22
0001 0111 //23
0001 1000 //24
0001 1001 //25
0001 1010 //26
0001 1011 //27
0001 1100 //28
0001 1101 //29
0001 1110 //30
0001 1111 //31

可能的结果值为：0 到 31，对于一个长度为 32 的数组可能的索引值范围也刚好是 0 到 31，以此类推，当 HashMap 中数组的 size 为 2 的整数次幂时，可以保证 key 的 hash 值被均匀的分布到数组上。因此建议大家尽量将 HashMap 的 initialCapacity 值设置为 2 的整数次幂。其实，在 HashMap 的源码中已经为做了优化处理，代码如下：

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);

// Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;

this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
table = new Entry[capacity];
useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() &&
(capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
init();
}

其中如下代码保证 capacity 的值为 2 的整数次幂，保证了 key 索引值的均匀分布。

// Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;