关于HashMap初始化容量问题

使用阿里云代码规范插件扫描后出现以下提示：

hashmap should set a size when initalizing，即hashmap应该在初始化时设置一个大小

在网上搜到一篇讲解(https://www.cnblogs.com/coderxuyang/p/3718856.html)，如下：

在元素的装载数量明确的时候HashMap的大小应该如何选择。

今天看到美团招聘给出了一道小题目，关于HashMap的性能问题。问题如下：

java hashmap，如果确定只装载100个元素，new HashMap(?)多少是最佳的，why？

要回答这个问题，首先得知道影响HashMap性能的参数有哪些。咱们翻翻JDK。

在JDK6中是这么描述的：

HashMap的实例有两个参数影响其性能：初始容量和加载因子。

首先我们来看初始容量和加载因子的定义。

容量是哈希表中桶的数量，初始容量只是哈希表在创建时的容量。

加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。

当哈希表中条目的数目超过 容量乘加载因子 的时候，则要对该哈希表进行rehash操作，从而哈希表将具有大约两倍的桶数。（以上摘自JDK6）

HashMap默认的加载因子是0.75 .它在时间和空间成本上寻求了一种折中。

回到本文的问题。根据JDK中的描述，如果这个只装载100个元素的HashMap没有特殊的用途，那么为了在时间和空间上达到最佳性能，HashMap的初始容量可以设为

100/0.75 = 133.33。为了防止rehash，向上取整，为134。

但是还有另外一个问题，就是hash碰撞的问题。如果我们将HashMap的容量设置为134，那么如何保证其中的哈希碰撞会比较少呢？

除非重写hashcode()方法，否则，似乎没有办法保证。

那么这里不得不提HashMap如何为元素选择下标的方法了。

    static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
    }

其中h为key哈希后得到的值，length为哈希表的长度。

134-1 = 128 + 6 -1；

那么 length-1的二进制值的最后3位为101；

假设这100个装载的元素中他们的key在哈希后有得到两个值（h），他们的二进制值除了低3位之外都相同，而第一个值的低3位为011，第二个值的低3位为001；

这时候进行java的&预算，011 & 101 = 001 ；001 & 101 = 001；

他们的值相等了，那么这个时候就会发生哈希碰撞。

除此之外还有一个更加严重的问题，由于在101中第二位是0，那么，无论我们的key在哈希运算之后得到的值h是什么，那么在&运算之后，得到的结果的倒数第二位均为0；

因此，对于hash表所有下标的二进制的值而言，只要低位第二位的值为1，（例如0010,0011,0111,1111）那么这个下标所代表的桶将一直是空的，因为代码中的&运算的结果永远不会产生低位第二位为1的值。这就大大地浪费了空间，同时还增加了哈希碰撞的概率。这无疑会降低HashMap的效率。

那么如何才能减少这种浪费呢？最佳的方法当然是让length-1的二进制值全部位均为1.那么length的值是多少合适呢？

没错，length=2^n。

只要将hash表的长度设为2的N次方，那么，所有的哈希桶均有被使用的可能。

再次回到美团提出的问题，与134最靠近的2^n无疑是128。

如果只修改HashMap的长度而不修改HashMap的加载因子的话，HashMap会进行rehash操作，这是一个代价很大的操作，所以不可取。

那么应该选择的就应该是256。

而由于空间加大和有效利用哈希桶，这时的哈希碰撞将大大降低，因此HashMap的读取效率会比较高。

所以，最后结论就是：HashMap的大小应该设置为256。

结果的补充：其实在Java中，无论你的HashMap(x)中的x设置为多少，HashMap的大小都是2^n。2^n是大于x的第一个数。因为HashMap的初始化代码中有以下这行代码：

 int capacity = 1;
        while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;

但是这就带来了一个问题，如果x=100，那么HashMap的初始大小应该是128.但是100/128=0.78，已经超过默认加载因子(0.75)的大小了。因此会resize一次，变成256。所以最好的结果还是256。

最后发个参考链接：http://www.iteye.com/topic/539465

另，总结StringBuffer、ArrayList、HashMap的扩容：

StringBuffer:内部实现是一个字符数组。初始默认大小为16，当然也可以在其构造方法中进行设置。当新添加字符或字符串时，发现数组容量不够。这个时候就需要使用Array.copyOf()方法进行扩充。扩充的新的数组大小等于，（原始容量*2+2）和（数组实际字符个数+新增的字符长度）之间的较大值。

ArrayList:内部实现是一个Object的数组。初始默认大小为0，当然也可以在其构造方法中设置。当添加一个Object时，默认扩充数组容量为10。然后每次扩充的新的数组大小等于，（原始容量*3/2）和（数组的长度+1）之间的较大值。根据每次增加一个Object，可得该情况每次扩充的固定大小为3/2。当初始大小为手动设置的时候，每次扩充的新的数组大小等于，（原始容量*3/2）和（数组的长度+1）之间的较大值。

HashMap:内部实现是一个Entry的数组，默认大小是空的数组。初始化的容量是16，加载因子是3/4(当数组元素数量大于总容量的加载因子的时候，扩充数组)。当默认不是空的数组时，当达到加载因子的比例的时候，每次扩充初始容量的2倍