HashMap的最大容量爲什麼是2的30次方

HashMap默認容量

看過HashMap源代碼的同學都知道，HashMap有默認的最小容量和最大容量，最小容量是16，最大容量是2的30次方。

    /**
     * 默認的初始化容量-必須是2的冪
     */
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

    /**
     * 最大容量，如果任意帶參構造函數傳入的值大於該數 ，那麼替換成該數。
     * 必須是2的冪，小於等於2~30
     */
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

爲什麼不是2的31次方？

由於int類型限制了該變量的長度爲4個字節共32個二進制位，按理說可以向左移動31位即2的31次冪，這裏爲什麼不是2的31次方，而是2的30次方呢？
事實上由於二進制數字中最高的一位也就是最左邊的一位是符號位，用來表示正負之分（0爲正，1爲負），所以只能向左移動30位，而不能移動到處在最高位的符號位，所以最大容量只能是2的30次方。

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(1<<30);
        System.out.println(1<<31);
        System.out.println(1<<32);
        System.out.println(1<<33);
        System.out.println(1<<34);

    }

輸出結果：

1073741824
-2147483648
1
2
4

爲什麼要滿足2的n次方

至於爲什麼是2的30次方，不是別的數字或者最大整數，這主要是從性能和分佈均勻兩方面來考慮的：

• 加快hash計算速度；
• 均勻分佈，減少hash衝突;

2的n次方，可以通過位移操作來實現，可以加快hash計算速度，結合按位與計算加快數組下標的計算。例如在HashMap做擴容時，滿足2的冪就是相當於每次擴容都是翻倍（就是<<1右移一位），這樣擴容時在重新計算下標位置時，只有兩種情況，一種是下標不變，另一種是下標變爲：原下標位置+擴容前容量，這樣擴容後節點移動相對較少，也可以提高性能。。

可以改善數據的均勻分佈，減少hash衝突，畢竟hash衝突越大，代表數組中一個鏈的長度越大，這樣的話會降低hashmap的性能。
其中關鍵代碼爲HashMap中的數組下標計算：i = (n - 1) & hash，該計算方法可以實現一個均勻分佈。