HashMap的数组长度一定是2的次幂

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面试官Q1：为什么HashMap的长度一定是2的次幂呢？

如果定位到的数组位置不含链表（当前entry的next指向null）,那么对于查找，添加等操作很快，仅需一次寻址即可；如果定位到的数组包含链表，对于添加操作，其时间复杂度为O(n)，首先遍历链表，存在即覆盖，否则新增；对于查找操作来讲，仍需遍历链表，然后通过key对象的equals方法逐一比对查找。所以，性能考虑，HashMap中的链表出现越少，性能才会越好。那么HashMap底层到底做了什么，使得Hash值散列、均匀分布呢？

以JDK1.8为例，查看下面一段代码：

1    public V put(K key, V value) {
2    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
3    }

然后再点进putVal 方法，则会看到有下面的代码：

1        final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
2                   boolean evict) {
3        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
4        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
5            n = (tab = resize()).length;
6        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
7            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

我们需要关注地方是这么一段代码：

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

这里是计算数组索引下标的位置
&为二进制中的与运算，它的运算特点是，两个数进行&，如果相同则为1，不同则为0。

因为hashMap 的数组长度都是2的n次幂 ，那么对于这个数再减去1，转换成二进制的话，就肯定是最高位为0，其他位全是1 的数。

那以数组长度为8为例（默认HashMap初始数组长度是16），那8-1 转成二进制的话，就是0111 。 那我们举一个随便的hashCode值，与0111进行与运算看看结果如何：

数字8减去1转换成二进制是0111，即下边的情况：

 1 第一个key：      hashcode值：10101001    
 2   与0111进行&运算        &      0111                                      
 3                                0001  （十进制为1）
 4   ------------------------------------------                           
 5 第二个key：      hashcode值：11101000    
 6   与0111进行&运算        &       0111      
 7                                 0000  （十进制为0）
 8--------------------------------------------               
 9 第三个key：      hashcode值：11101110    
10   与0111进行&运算        &       0111      
11                                 0110  （十进制为6）

这样得到的数，就会完整的得到原hashcode 值的低位值，不会受到与运算对数据的变化影响。

数字7减去1转换成二进制是0110，即下边的情况：

 1 第一个key：      hashcode值：10101001    
 2   与0111进行&运算        &       0110                                      
 3                                 0000  （十进制为0）
 4   ------------------------------------------                           
 5 第二个key：      hashcode值：11101000    
 6   与0111进行&运算        &       0110      
 7                                 0000  （十进制为0）
 8--------------------------------------------               
 9 第三个key：      hashcode值：11101110    
10   与0111进行&运算        &       0111      
11                                 0110  （十进制为6）

通过上边可以看到，当数组长度不为2的n次幂 的时候，hashCode 值与数组长度减一做与运算 的时候，会出现重复的数据，因为不为2的n次幂 的话，对应的二进制数肯定有一位为0 ,这样，不管你的hashCode 值对应的该位，是0还是1 ,最终得到的该位上的数肯定是0，这带来的问题就是HashMap上的数组元素分布不均匀，而数组上的某些位置，永远也用不到。如下图所示：

这将带来的问题就是你的HashMap 数组的利用率太低，并且链表可能因为上边的(n - 1) & hash 运算结果碰撞率过高，导致链表太深。(当然jdk 1.8已经在链表数据超过8个以后转换成了红黑树的操作，但那样也很容易造成它们之间的转换时机的提前到来)，所以说HashMap的长度一定是2的次幂，否则会出现性能问题。