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面试官：为什么 HashMap 的容量是 2 的倍数呢？

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HashMap的容量被设计为2的幂次，主要基于以下原因：

1. 高效的索引计算

   • 位运算替代取模：当容量为2的幂次时，计算元素在数组中的索引可以通过位运算 hash & (capacity - 1) 实现，效率远高于取模运算 hash % capacity。例如：

     // 当 capacity = 16 (2^4) 时：
     int index = hash & (16 - 1); // 等价于 hash % 16，但更快
     

   • 硬件优化：位运算在底层硬件中执行更快，仅需几个时钟周期，而取模运算需要更多指令。

2. 均匀的哈希分布

   • 哈希函数优化：HashMap对键的哈希值进行二次处理（如异或高位与低位），确保低位分布更均匀：

     static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
     }
     

   • 减少冲突：当容量为2的幂次时，哈希值的高位信息通过按位与操作参与索引计算，避免仅依赖低位导致冲突。

3. 扩容的便捷性

   • 容量翻倍：扩容时容量直接翻倍（如16→32），新索引可通过位运算快速确定：

     // 旧容量为16时，扩容后为32：
     if ((e.hash & oldCap) == 0) {// 新索引 = 原索引
     } else {// 新索引 = 原索引 + 原容量
     }
     

   • 减少重新哈希开销：无需重新计算所有元素的索引，仅需判断高位是否为1。

4. 用户输入的自动修正

   • 容量对齐：若用户指定初始容量非2的幂次，HashMap会通过 tableSizeFor() 方法调整为最近的2的幂次：

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

总结

设计选择	优势
2的幂次容量	位运算高效计算索引，提升性能。
哈希函数优化	高位参与索引计算，减少哈希冲突。
扩容机制	翻倍扩容配合位运算，快速重新分配元素。
自动容量修正	确保用户输入的容量符合2的幂次，保持设计一致性。

示例：

• 容量16（2⁴）：二进制为10000，16 - 1 = 15（1111），索引计算为hash & 1111，覆盖哈希值的低4位。
• 扩容到32：原索引为hash & 1111，扩容后索引为hash & 11111，仅需判断第5位是否为1即可确定新位置。

通过以上机制，HashMap在性能、冲突处理及扩展性上达到平衡，成为高效的键值存储结构。