hashMap tableSizeFor 实现原理

Posted 2020-11-21 yangmengdx3

基于jdk1.8

hashMap实现，要求容量大小是2的整次方，例如：2/4/8/16/32/64/128...，而不能是中间的某个值。这是为什么呢？

map是数组+链表的数据结构，读写数据都需要首先获取数组中的下标值，获取的方式是通过hashcode取余。取余so easy，我们都会，假定运算后的hashcode=17，容量大小capacity=16，17%16=1，很容易得出元素落在数组的下标[1]内。

但是还有一种方式可以获取到正确的下标值，17 &(16-1)=1。

17二进制： 10001

15二进制： 01111

17&15：     00001 = 1

计算机的物理特性，决定位运算才是取余的正确打开方式。但是却有一个限制，被位与的数值有效位必须全部都是1，如15:1111可以，13:1101则不行。

这里位与运算得到的是下标位置，数组容量要在最大下标值的基础上加1，等价于二进制中被位与的数值进位，如15进1位=16：10000，2的4次方。

如果我们new HashMap<>(13)，输入一个非整次方的数值，hashmap会自动调整成最近的整次方，例如这里的13最终会转换成16，实现方法为：java.util.HashMap#tableSizeFor

怎么实现呢？

2的整次方的特性是二进制有效位只有一个1，退位后当前1消失，后面bit位全补1，例如16:10000，退位后01111。13的二进制：1101，结构上看只要第二个bit补1(1101->1111)，再进位(1111->10000)就可以了。1101->1111->

我们来分析实现

首先把方法复制出来，加上一些日志方便分析：

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

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

public static void main(String[] args) {
    tableSizeFor(MAXIMUM_CAPACITY);
}

int n = cap - 1先退位，所以最终实现的结果是n的bit位全补1。

使用的最大容量+1，这样看日志比较清晰。

1000000000000000000000000000001
1000000000000000000000000000000
1100000000000000000000000000000
1111000000000000000000000000000
1111111100000000000000000000000
1111111111111111000000000000000
1111111111111111111111111111111

看到规律了吗？tableSizeFor首先获取最高位的1，二进制退位规则决定一定能够获取到最高位的1，然后进行不停的bit复制，1生2，2生4等等。int类型只有32位，所以复制到16位终止。

最后将n进位，即得到2的整次方，不过限定不能大于1>>30;