HashMap底层的扩容机制（以及2倍扩容的原因）

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HashMap底层的扩容机制
resize扩容
resize源码
源码文字说明
HashMap底层为什么是2倍扩容？

HashMap底层的扩容机制

resize扩容

HashMap会在两个地方进行resize(扩容):

1 ，HashMap实行了懒加载, 新建HashMap时不会对table进行赋值, 而是到第一次插入时, 进行resize时构建table;
2，当HashMap.size 大于 threshold时, 会进行resize;threshold的值，当第一次构建时, 如果没有指定HashMap.table的初始长度, 就用默认值16, 否则就是指定的值; 然后不管是第一次构建还是后续扩容, threshold = table.length * loadFactor;

在Java8的扩容中，不是简单的将原数组中的每一个元素取出进行重新hash映射，而是做移位检测。所谓移位检测的含义具体是针对HashMap做映射时的&运算所提出的，通过上文对&元算的分析可知，映射的本质即看hash值的某一位是0还是1，当扩容以后，会相比于原数组多出一位做比较，由多出来的这一位是0还是1来决定是否进行移位，而具体的移位距离，也是可知的，及位原数组的大小，我们来看下表的分析，假定原表大小16。

由上表可知，是否移位，由扩容后表示的最高位是否1为所决定，并且移动的方向只有一个，即向高位移动。因此，可以根据对最高位进行检测的结果来决定是否移位，从而可以优化性能，不用每一个元素都进行移位，

resize源码

final Node<K, V>[]resize(){Node<K, V>[]oldTab=table;int oldCap=(oldTab==null)?0:oldTab.length;int oldThr=threshold;int newCap,newThr=0;if(oldCap>0){// 如果当前哈希桶容量超过最大值2^30，直接返回旧哈希桶大小
// 到达上线 threshold 设置最大阈值返回 表示之后就不再扩容了，随便存，随便hash冲
// 突去，就这么大，无限增加红黑树节点了if(oldCap>=MAXIMUM_CAPACITY){threshold=Integer.MAX_VALUE;return oldTab;}
// 按照两倍扩容后，如果容量没有达到上限
// 并且旧容量已经超过16
// newCap翻倍，则按照两倍的方式扩容else if((newCap=oldCap<<1)<MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap>=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
// 下一次扩容时参考，达到该阈值则扩容newThr=oldThr<<1; // double threshold}else if(oldThr>0) // initial capacity was placed in thresholdnewCap=oldThr;else{ // zero initial threshold signifies using defaults
// 将新容量设置为默认值16
// 将扩容阈值设置为0.75*16newCap=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr=(int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR*DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}
// 如果新阈值为0，按照新容量的大小重新计算下一次扩容时的阈值
// 计算方式：采用新容量 * 负载因子
// 即扩容的时机为：当元素个数超过阈值时则扩容if(newThr==0){float ft=(float)newCap*loadFactor;
// 如果新容量和阈值都是在2^30以内，下一次库哦哦荣的阈值则为ft
// 否则改为最大值newThr=(newCap<MAXIMUM_CAPACITY &&ft< (float)MAXIMUM_CAPACITY?(int)ft:Integer.MAX_VALUE);}
// 更新下次扩容的上线threshold=newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes", "unchecked"})
// // 申请更多的桶，将旧哈希桶中节点转移到新哈希桶中
Node<K, V>[]newTab=(Node<K, V>[])new Node[newCap];table=newTab;if(oldTab!=null){for(int j=0;j<oldCap; ++j){Node<K, V> e;if((e=oldTab[j])!=null){oldTab[j]=null;if(e.next==null)newTab[e.hash&(newCap-1)]=e;else if(e instanceof TreeNode)((TreeNode<K, V>)e).split(this,newTab,j,oldCap);else{ // preserve orderNode<K, V> loHead=null,loTail=null;Node<K, V> hiHead=null,hiTail=null;Node<K, V> next;do{next=e.next;if((e.hash&oldCap)==0){if(loTail==null)loHead=e;elseloTail.next=e;loTail=e;}else{if(hiTail==null)hiHead=e;elsehiTail.next=e;hiTail=e;}}while((e=next)!=null);if(loTail!=null){loTail.next=null;newTab[j]=loHead;}if(hiTail!=null){hiTail.next=null;newTab[j+oldCap]=hiHead;}}}}}return newTab;}

源码文字说明

1 如果table == null, 则为HashMap的初始化, 生成空table返回即可;

2 如果table不为空, 需要重新计算table的长度, newLength = oldLength << 1(注, 如果原oldLength已经到了上限, 则newLength = oldLength);

3 遍历oldTable:

3.1 首节点为空, 本次循环结束;

3.1 首节点不为空无后续节点, 重新计算hash位, 本次循环结束;

3.2 当前是红黑树, 走红黑树的重定位;

3.3 当前是链表, JAVA7时还需要重新计算hash位, 但是JAVA8做了优化, 通过(e.hash & oldCap) == 0来判断是否需要移位; 如果为真则在原位不动, 否则则需要移动到当前hash槽位 + oldCap的位置;

HashMap底层为什么是2倍扩容？

第一是因为哈希函数的问题
通过除留余数法方式获取桶号，因为Hash表的大小始终为2的n次幂，因此可以将取模转为位运算操作，提高效率，容量n为2的幂次方，n-1的二进制会全为1，位运算时可以充分散列，避免不必要的哈希冲突，这也就是为什么要按照2倍方式扩容的一个原因
第二是因为是否移位的问题
是否移位，由扩容后表示的最高位是否1为所决定，并且移动的方向只有一个，即向高位移动。因此，可以根据对最高位进行检测的结果来决定是否移位，从而可以优化性能，不用每一个元素都进行移位，因为为0说明刚好在移位完之后的位置，为1说明不是需要移动oldCop，这也是其为什么要按照2倍方式扩容的第二个原因。