HashMap的长度为什么必须是2的n次方

喜马拉雅以南

HashMap的长度为什么必须是2的n次方

首先我们看下HashMap中的源码当中那里奠定了长度是2的n次方,并且是靠近cap这个值最近的2的n次方

static final int tableSizeFor(int cap) {
    // 首先cap-1使得n的最后一位和cap最后一位绝对不一样
    int n = cap - 1;
    // 向右无符号的移动了1位,并使用或运算使n的所有有1的位上全部是1
    n |= n >>> 1;
    // 向右无符号移动2位,使用或运算将低位填充为1
    n |= n >>> 2;
    // 同理可得
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;
    // 已经向右移动多个位,最终 00011111 = 31 那么 +1 既成为了2的n次方
    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

由上方代码可以看出,上方的方法是cap无符号的向右移动,再启动期间,使用|运算保证低位全部是1。

看起来有点复杂,那咱们举个例子:

  1. 首先我们传入cap初始值为17
  2. 经过int n = cap -1 也就是17-1后n = 16
  3. 将n进行如下的位移动和逻辑运算,最后得到n = 31
  4. 返回是根据三目运算符,得值返回值是n + 1 = 32,正好是 2的5次方

通过上方的容量计算,我们已经确定在HashMap中capacity 一定是2的n次方,那么为什么我们必须要

  • &运算速度快,至少比%取模运算快
  • 能保证索引值肯定在 capacity 中,不会超出数组长度,(n - 1) & hash,当为2的n次方时,会满足一个公式:(n - 1) & hash = hash % n

两种运算效率差别到底有多少,这里可以直接做个测试:

public static void main(String[] args) {
    int times = Integer.MAX_VALUE;
    /* 此处计算2^31-1次9999整数对1024的取模,使用的数学计算
     * 多次执行放大时间
     */
    long currentTimeMillis = System.currentTimeMillis();
    int a = 0;
    for (long i = 0; i < times; i++) {
        a = 9999 % 1024;
    }
    long currentTimeMillis2 = System.currentTimeMillis();
    /* 此处计算2^31-1次9999整数对1024的取模,使用的位运算
     * 因为要求 hash&(n-1) 中n必须为2的n次方,这里取1024
     */
    int b = 0;
    for (long i = 0; i < times; i++) {
        b = 9999 & (1024 - 1);
    }

    long currentTimeMillis3 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(a + "," + b);//最后的结果应该是一样的
    System.out.println("数学计算耗时: " + (currentTimeMillis2 - currentTimeMillis));// 1839ms
    System.out.println("位运算耗时: " + (currentTimeMillis3 - currentTimeMillis2));// 852ms
}

那么当我们在HashMap初始化时,如果指定非2的n次方整数为初始化容量initialCapacity,那么会不会致使HashMap中的数组变更

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);
    this.loadFactor = loadFactor;
    // 此处可以看到下一次扩容的值已经经过转换,是2的n次方,并且只有在put时才会有Entry数组的创建
    this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}

由上面的源码咱们可以看到,HashMap的容量经过了tableSizeFor方法处理,能保证容量永远都是2次幂。

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