面试加分项-HashMap源码中这些常量设计目的你知道吗

前言

之前周会技术分享，一位同事讲解了HashMap的源码，涉及到一些常量设计的目的，本文将谈谈这些常量为何这样设计，希望大家有所收获。

HashMap默认初始化大小为什么是1 << 4（16）

HashMap默认初始化大小为什么是16，这里分两个维度分析，为什么是2的幂，为什么是16而不是8或者32。

默认初始化大小为什么定义为2的幂？

我们知道HashMap的底层数据结构是数组+链表/数组+红黑树，由以上方法，可以发现数组下标索引的定位公式是： ​​i=(n-1)&hash​​​，当初始化大小n是2的倍数时， ​​(n-1)&hash​​​等价于 ​​n%hash​​。定位下标一般用取余法，为什么这里不用取余呢？

• 因为，与运算（&）比取余（%）运算效率高
• 求余运算： a % b就相当与a-(a / b)*b 的运算。
• 与运算： 一个指令就搞定

因此，默认初始化大定义为2的幂，就是为了使用更高效的与运算。

默认初始化大小为什么是16而不是8或者32？

如果太小，4或者8，扩容比较频繁；如果太大，32或者64甚至太大，又占用内存空间。

打个比喻，假设你开了个情侣咖啡厅，平时一般都是7,8对情侣来喝咖啡，高峰也就10对。那么，你是不是设置8个桌子就好啦，如果人来得多再考虑加桌子。如果设置4桌，那么就经常座位不够要加桌子，如果设置10桌或者更多，那么肯定占地方嘛。

默认加载因子为什么是0.75

加载因子表示哈希表的填满程度，跟扩容息息相关。为什么不是0.5或者1呢？

如果是0.5，就是说哈希表填到一半就开始扩容了，这样会导致扩容频繁，并且空间利用率比较低。 如果是1，就是说哈希表完全填满才开始扩容，这样虽然空间利用提高了，但是哈希冲突机会却大了。可以看一下源码文档的解释：

翻译大概意思是：

作为一般规则，默认负载因子（0.75）在时间和空间成本上提供了良好的权衡。负载因子数值越大，空间开销越低，但是会提高查找成本（体现在大多数的HashMap类的操作，包括get和put）。设置初始大小时，应该考虑预计的entry数在map及其负载系数，并且尽量减少rehash操作的次数。如果初始容量大于最大条目数除以负载因子，rehash操作将不会发生。

简言之， 负载因子0.75 就是冲突的机会 与空间利用率权衡的最后体现，也是一个程序员实验的经验值。

StackOverFlow有个回答这个问题的：What is the significance of load factor in HashMap?

这个回答解释：一个bucket空和非空的概率为0.5，通过牛顿二项式等数学计算，得到这个loadfactor的值为log（2），约等于0.693。

最后选择选择0.75，可能0.75是接近0.693的四舍五入数中，比较好理解的一个，并且默认容量大小16*0.75=12，为一个整数。

链表转换红黑树的阀值为什么是8

JDK8及以后的版本中，HashMap底层数据结构引入了红黑树。当添加元素的时候，如果桶中链表元素超过8，会自动转为红黑树。那么阀值为什么是8呢？请看HashMap的源码这段注释：

理想状态中，在随机哈希码情况下，对于默认0.75的加载因子，桶中节点的分布频率服从参数为0.5的泊松分布，即使粒度调整会产生较大方差。

由对照表，可以看到链表中元素个数为8时的概率非常非常小了，所以链表转换红黑树的阀值选择了8。

一个树的链表还原阈值为什么是6

上一小节分析，可以知道，链表树化阀值是8，那么树还原为链表为什么是6而不是7呢？这是为了防止链表和树之间频繁的转换。如果是7的话，假设一个HashMap不停的插入、删除元素，链表个数一直在8左右徘徊，就会频繁树转链表、链表转树，效率非常低下。

最大容量为什么是1 << 30

HashMap为什么要满足2的n次方？

由第一小节（HashMap默认初始化大小为什么是1 << 4）分析可知，HashMap容量需要满足2的幂，与运算比取余运算效率高。只有容量是2的n次方时，与运算才等于取余运算。

tab[i = (n - 1) & hash]

为什么不是2的31次方呢？

我们知道，int占四个字节，一个字节占8位，所以是32位整型，也就是说最多32位。那按理说，最大数可以向左移动31位即2的31次幂，在这里为什么不是2的31次方呢？

实际上，二进制数的最左边那一位是符号位，用来表示正负的，我们来看一下demo代码：

输出：

所以，HashMap最大容量是1 << 30。

哈希表的最小树形化容量为什么是64

这是因为容量低于64时，哈希碰撞的机率比较大，而这个时候出现长链表的可能性会稍微大一些，这种原因下产生的长链表，我们应该优先选择扩容而避免不必要的树化。

参考与感谢

• HashMap的loadFactor为什么是0.75？
• 为什么java Hashmap 中的加载因子是默认为0.75
• 为什么HashMap中链表长度超过8会转换成红黑树
• What is the significance of load factor in HashMap?
• HashMap的最大容量为什么是2的30次方
• Java 程序员都该懂的 Java8 HashMap

文章转载自公众号： 捡田螺的小男孩