默认容量（DEFAULT_INITIAL_CAPACITY）值为什么是16？

什么是容量？
在Java中，保存数据有两种比较简单的数据结构：数组和链表。数组的特点是：寻址容易，插入和删除困难；而链表的特点是：寻址困难，插入和删除容易。HashMap就是将数组和链表组合在一起，发挥了两者的优势，我们可以将其理解为链表的数组。

在HashMap中，有两个比较容易混淆的关键字段：size和capacity ，这其中capacity就是Map的容量，而size我们称之为Map中的元素个数。

简单打个比方：HashMap就像是一个“桶”，那么容量（capacity）就是这个桶当前最多可以装多少元素，而元素个数（size）表示这个桶已经装了多少元素。

容量与哈希

容量就是一个HashMap中容纳元素的数量，那么，当我们想要往一个HashMap中put一个元素的时候，需要通过一定的算法计算出应该把他放到哪个位置，这个过程就叫做哈希（hash），对应的就是HashMap中的hash方法。

hash方法的功能是根据Key来定位这个K-V在链表数组中的位置的。也就是hash方法的输入应该是个Object类型的Key，输出应该是个int类型的数组下标。如果让你设计这个方法，你会怎么做？

其实很简单，只需要调用Object对象的hashCode()方法，该方法会返回一个整数，然后用这个数对HashMap的容量进行取模就行了。

如果真的是这么简单的话，那HashMap的容量设置就会简单很多了，但是考虑到效率等问题，HashMap的hash方法实现还是有一定的复杂的。

HashMap中hash的实现

具体实现上，由两个方法int hash(Object k)和int indexFor(int h, int length)来实现。

hash ：该方法主要是将Object转换成一个整型。

indexFor ：该方法主要是将hash生成的整型转换成链表数组中的下标。

 

indexFor方法在Java 7（Java8中虽然没有这样一个单独的方法，但是查询下标的算法也是和Java 7一样的）中实现细节：

/**
 * Returns index for hash code h.
 */
static int indexFor(int h, int length) {
	// assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";
	return h & (length-1);
}

indexFor方法其实主要是将hashcode换成链表数组中的下标。其中的两个参数h表示元素的hashcode值，length表示HashMap的容量。那么return h & (length-1) 是什么意思呢？

其实，他就是取模。Java之所以使用位运算(&)来代替取模运算(%)，最主要的考虑就是效率。

位运算(&)效率要比代替取模运算(%)高很多，主要原因是位运算直接对内存数据进行操作，不需要转成十进制，因此处理速度非常快。

 为什么可以使用位运算(&)来实现取模运算(%)呢？这实现的原理如下：

X % 2^n = X & (2^n – 1)

假设n为3，则2^3 = 8，表示成2进制就是1000。2^3 -1 = 7 ，即0111。

此时X & (2^3 – 1) 就相当于取X的2进制的最后三位数。

从2进制角度来看，X / 8相当于 X >> 3，即把X右移3位，此时得到了X / 8的商，而被移掉的部分(后三位)，则是X % 8，也就是余数，如下例子：

6 % 8 = 6 ，6 & 7 = 6 10 % 8 = 2 ，10 & 7 = 2

 所以，return h & (length-1);只要保证length的长度是2^n 的话，就可以实现取模运算了。

所以，因为位运算直接对内存数据进行操作，不需要转成十进制，所以位运算要比取模运算的效率更高，所以HashMap在计算元素要存放在数组中的index的时候，使用位运算代替了取模运算。之所以可以做等价代替，前提是要求HashMap的容量一定要是2^n 。

既然一定要设置一个默认的2^n 作为初始值，那么就需要在效率和内存使用上做一个权衡。这个值既不能太小，也不能太大。

太小了就有可能频繁发生扩容，影响效率。太大了又浪费空间，不划算。

所以，16就作为一个经验值被采用了。

在JDK 8中，关于默认容量的定义为：static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 ，其故意把16写成1<<4，就是提醒开发者，这个地方要是2的幂。值得玩味的是：注释中的 aka 16 也是1.8中新增的。

HashMap是如何保证其容量一定可以是2^n 的呢？如果用户自己设置了的话又会怎么样呢？

关于这部分，HashMap在两个可能改变其容量的地方都做了兼容处理，分别是指定容量初始化时以及扩容时。

指定容量初始化
当我们通过HashMap(int initialCapacity)设置初始容量的时候，HashMap并不一定会直接采用我们传入的数值，而是经过计算，得到一个新值，目的是提高hash的效率。(1->1、3->4、7->8、9->16)

在JDK 1.7和JDK 1.8中，HashMap初始化这个容量的时机不同。JDK 1.8中，在调用HashMap的构造函数定义HashMap的时候，就会进行容量的设定。而在JDK 1.7中，要等到第一次put操作时才进行这一操作。