HashMap源码剖析：j + oldCap重分配公式揭秘

在Java集合框架中，HashMap作为一种哈希表，以其高效的键值查找而著称。它的底层实现依赖于数组和链表，巧妙地利用了哈希函数将元素映射到特定的桶位置。然而，当哈希表容量不足或负载因子过高时，HashMap需要进行扩容操作，并将原有元素重新分布到新的桶位置。本文将深入剖析HashMap的源码，探究其扩容过程中的重分配公式：j + oldCap。

HashMap的扩容过程

当HashMap容量不足或负载因子过高时，触发扩容操作。扩容过程包括以下步骤：

1. 创建新数组： 创建一个容量为旧容量两倍的新数组。
2. 重新计算哈希值： 对于每个现有键值对，重新计算其哈希值，确定其在新数组中的桶位置。
3. 重新分布元素： 将原有元素逐个重新分配到新数组对应的桶位置。

重分配公式：j + oldCap

在重新分布元素的過程中，HashMap使用了一个颇為巧妙的公式來計算新桶位置：j + oldCap，其中：

• j：舊桶位置
• oldCap：擴容前的容量

该公式可以避免哈希冲突，保证元素在扩容后的哈希表中均匀分布。其原理如下：

假设哈希函数对所有键值对取模后的结果都在[0, oldCap)范围内。

• 原桶位置为j的元素： 扩容后，新的桶位置为j + oldCap，即旧桶位置加上旧容量。由于oldCap为2的幂，因此j + oldCap一定在[oldCap, 2 * oldCap)范围内。
• 原桶位置为j + oldCap的元素： 扩容后，新的桶位置为j + oldCap + oldCap，即旧桶位置加上旧容量的2倍。由于oldCap为2的幂，因此j + oldCap + oldCap一定在[2 * oldCap, 3 * oldCap)范围内。

以此类推，对于所有原桶位置为j + k * oldCap的元素（其中k为非负整数），扩容后它们的新桶位置都会落在[k * oldCap, (k + 1) * oldCap)范围内。

因此，通过使用j + oldCap公式，HashMap可以保证在扩容后，所有元素在新哈希表中均匀分布，避免哈希冲突。

手写验证

为了验证上述公式的正确性，我们可以通过手写的方式进行计算：

假设原哈希表容量为8（oldCap = 8），哈希函数对所有键值对取模后的结果为：

[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]

扩容后，哈希表容量变为16（newCap = 16）。根据公式，元素在新桶位置的计算如下：

原桶位置	新桶位置
0	0 + 8 = 8
1	1 + 8 = 9
2	2 + 8 = 10
3	3 + 8 = 11
4	4 + 8 = 12
5	5 + 8 = 13
6	6 + 8 = 14
7	7 + 8 = 15

可以看到，扩容后所有元素的新桶位置都在[8, 15]范围内，均匀分布。

总结

HashMap的重分配公式j + oldCap巧妙地利用了哈希函数的取模范围和容量倍增的特性，保证了扩容后元素在新哈希表中均匀分布。通过手写验证，我们进一步印证了公式的正确性。深入理解HashMap的扩容过程和重分配公式，有助于我们编写更高效的Java程序。