HashMap的初始长度为啥是16

Posted 2023-05-01

参考技术A 当put方法调用，将entry放入数组的时候，需要计算entry的索引index。在hashmap中，index的计算公式为：

hashcode(key)&(length-1)

有一个与逻辑运算。 这里的length如果是16，那么就是与15,15的二进制是1111。1111和任何数与运算，结果都是他本身。所以这里如果hashcode的值是均匀分布的，算出来的index就是均匀分布在0-15之间。2的幂次方-1，二进制都是1，所以扩容的时候也是以2的幂次方扩容。
如果长度不是16，length-1的二进制就不全是1组成的。 10010，这样的话有些index会永远算不出来，降低了空间的利用率。
所以HashMap给初始值、扩容的时候，容器大小都是2的幂次方

HashMap解析

目录

• Put方法的原理
• Get方法的原理
• 问题
  • HashMap的初始长度？
  • 为什么长度必须是16或是2的幂？比如HashMap的长度是10会是怎么样的？
• 占位符

　　

---

HashMap是一个看似简单实而复杂的类，也是在面试中很容易问道的问题，哈哈哈，不怕。。。

　　众所周知，HashMap是一个用于存储Key-Value键值对的集合，每一个键值对也叫做Entry。这些个键值对（Entry）分散存储在一个数组当中，这个数组就是HashMap的主干

　　HashMap数组每一个元素的初始值都是Null

　　

　　对于HashMap，我们最常使用的是两个方法：Get 和 Put

 

Put方法的原理

　　调用Put方法的时候发生了什么呢？

　　比如调用 hashMap.put("apple", 0) ，插入一个Key为“apple"的元素。这时候我们需要利用一个哈希函数来确定Entry的插入位置（index）：

　　index =  Hash（“apple”）

　　假定最后计算出的index是2，那么结果如下：

 　 

　　但是，因为HashMap的长度是有限的，当插入的Entry越来越多时，再完美的Hash函数也难免会出现index冲突的情况。比如下面这样：

　　

　　　　　　　　　　　　

　　这时候该怎么办呢？我们可以利用链表来解决。

　　HashMap数组的每一个元素不止是一个Entry对象，也是一个链表的头节点。每一个Entry对象通过Next指针指向它的下一个Entry节点。当新来的Entry映射到冲突的数组位置时，只需要插入到对应的链表即可：

　　

　　需要注意的是，新来的Entry节点插入链表时，使用的是“头插法”。至于为什么不插入链表尾部，后面会有解释。

Get方法的原理

　　使用Get方法根据Key来查找Value的时候，发生了什么呢？

　　首先会把输入的Key做一次Hash映射，得到对应的index：

　　　　index =  Hash（“apple”）

　　由于刚才所说的Hash冲突，同一个位置有可能匹配到多个Entry，这时候就需要顺着对应链表的头节点，一个一个向下来查找。假设我们要查找的Key是“apple”：

　　

　　第一步：我们查看的是头节点Entry6，Entry6的Key是banana，显然不是我们要找的结果。

　　第二步：我们查看的是Next节点Entry1，Entry1的Key是apple，正是我们要找的结果。

　　之所以把Entry6放在头节点，是因为HashMap的发明者认为，后插入的Entry被查找的可能性更大。

问题

HashMap的初始长度？

　　HashMap的默认初始长度是16，并且每次自动扩展或是手动初始化时长度必须是2的幂

　　为什么是16？——>>是为了服务从key映射到index的Hash算法

　　之前说过，从Key映射到HashMap数组的对应位置，会用到一个Hash函数：index =  Hash（“apple”）

　　如何实现一个尽量均匀分布的Hash函数呢？我们通过利用Key的HashCode值来做位运算

　　如下公式（Length是HashMap的长度）：index =  HashCode（Key） &  （Length - 1）

下面我们以值为“book”的Key来演示整个过程：

1. 计算book的hashcode，结果为十进制的3029737，二进制的101110001110101110 1001。
2. 假定HashMap长度是默认的16，计算Length-1的结果为十进制的15，二进制的1111。
3. 把以上两个结果做与运算，101110001110101110 1001 & 1111 = 1001，十进制是9，所以 index=9。

可以说，Hash算法最终得到的index结果，完全取决于Key的Hashcode值的最后几位。

 

为什么长度必须是16或是2的幂？比如HashMap的长度是10会是怎么样的？

　　这样做不但效果上等同于取模，而且还大大提高了性能

　　假设HashMap的长度为10，重复刚才的运算步骤：

　　　　

　　单独看这个结果，表面上并没有问题。我们再来尝试一个新的HashCode  101110001110101110 1011 ：

 　　　　

　　让我们再换一个HashCode 101110001110101110 1111 试试  ：

 　　　　

　　是的，虽然HashCode的倒数第二第三位从0变成了1，但是运算的结果都是1001。也就是说，当HashMap长度为10的时候，有些index结果的出现几率会更大，而有些index结果永远不会出现（比如0111）

　　这样，显然不符合Hash算法均匀分布的原则。

　　反观长度16或者其他2的幂，Length-1的值是所有二进制位全为1，这种情况下，index的结果等同于HashCode后几位的值。只要输入的HashCode本身分布均匀，Hash算法的结果就是均匀的

 

 

本文转达整合：

• 漫画：什么是HashMap？