在面試後臺開發的過程中，集合是面試的熱話題，不僅要知道各集合的區別用法，還要知道集合的擴容機制，今天我們就來談下ArrayList 和 HashMap的預設大小以及擴容機制。

在 Java 7 中，檢視原始碼可以知道：ArrayList 的預設大小是 10 個元素，HashMap 的預設大小是16個元素（必須是2的冪，為什麼呢？？？下文有解釋）。這就是 Java 7 中 ArrayList 和 HashMap 類 的程式碼片段：

// from ArrayList.java JDK 1.7
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
 
//from HashMap.java JDK 7
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

這裡要討論這些常用的預設初始容量和擴容的原因是：

當底層實現涉及到擴容時，容器或重新分配一段更大的連續記憶體（如果是離散分配則不需要重新分配，離散分配都是插入新元素時動態分配記憶體），要將容器原來的資料全部複製到新的記憶體上，

這無疑使效率大大降低。載入因子的係數小於等於1，意指即當元素個數超過容量長度*載入因子的係數時，進行擴容。另外，擴容也是有預設的倍數的，不同的容器擴容情況不同。

List元素是有序的、可重複

ArrayList、Vector預設初始容量為10

Vector：執行緒安全，但速度慢

　　　　底層資料結構是陣列結構

　　　　載入因子為1：即當 元素個數 超過 容量長度 時，進行擴容

　　　　擴容增量：原容量的 1倍

　　　　　　如Vector的容量為10，一次擴容後是容量為20

ArrayList：執行緒不安全，查詢速度快

　　　　底層資料結構是陣列結構

　　　　擴容增量：原容量的 0.5倍+1

　　　　　　如 ArrayList的容量為10，一次擴容後是容量為16

Set(集)元素無序的、不可重複。

HashSet：執行緒不安全，存取速度快

　　　　　底層實現是一個HashMap（儲存資料），實現Set介面

　　　　　預設初始容量為16（為何是16，見下方對HashMap的描述）

　　　　　載入因子為0.75：即當 元素個數 超過 容量長度的0.75倍 時，進行擴容

　　　　　擴容增量：原容量的 1 倍

　　　　　　如 HashSet的容量為16，一次擴容後是容量為32

Map是一個雙列集合

HashMap：預設初始容量為16

　　　　　（為何是16：16是2^4，可以提高查詢效率，另外，32=16<<1）

　　　　　載入因子為0.75：即當 元素個數 超過 容量長度的0.75倍 時，進行擴容

　　　　　擴容增量：原容量的 1 倍

　　　　　　如HashSet的容量為16，一次擴容後是容量為32

接下來我們來談談hashMap的陣列長度為什麼保持2的次冪？

hashMap的陣列長度一定保持2的次冪，比如16的二進位制表示為 10000，那麼length-1就是15，二進位制為01111，同理擴容後的陣列長度為32，二進位制表示為100000，length-1為31，二進位制表示為011111。

這樣會保證低位全為1，而擴容後只有一位差異，也就是多出了最左位的1，這樣在通過 h&(length-1)的時候，只要h對應的最左邊的那一個差異位為0，就能保證得到的新的陣列索引和老陣列索引一致(大大減少了

之前已經雜湊良好的老陣列的資料位置重新調換)，還有，陣列長度保持2的次冪，length-1的低位都為1，會使得獲得的陣列索引index更加均勻。

1.    static int indexFor(int h, int length) {  
2.           return h & (length-1);  
3.    }

首先算得key得hashcode值，然後跟陣列的長度-1做一次“與”運算（&）。看上去很簡單，其實比較有玄機。比如陣列的長度是2的4次方，那麼hashcode就會和2的4次方-1做“與”運算。很多人都有這個疑問，

為什麼hashmap的陣列初始化大小都是2的次方大小時，hashmap的效率最高，我以2的4次方舉例，來解釋一下為什麼陣列大小為2的冪時hashmap訪問的效能最高。

看下圖，左邊兩組是陣列長度為16（2的4次方），右邊兩組是陣列長度為15。兩組的hashcode均為8和9，但是很明顯，當它們和1110“與”的時候，產生了相同的結果，也就是說它們會定位到陣列中的同

一個位置上去，這就產生了碰撞，8和9會被放到同一個連結串列上，那麼查詢的時候就需要遍歷這個連結串列，得到8或者9，這樣就降低了查詢的效率。同時，我們也可以發現，當陣列長度為15的時候，hashcode的

值會與14（1110）進行“與”，那麼最後一位永遠是0，而0001，0011，0101，1001，1011，0111，1101這幾個位置永遠都不能存放元素了，空間浪費相當大，更糟的是這種情況中，陣列可以使用的位置比陣列

長度小了很多，這意味著進一步增加了碰撞的機率，減慢了查詢的效率！

所以說，當陣列長度為2的n次冪的時候，不同的key算得得index相同的機率較小，那麼資料在陣列上分佈就比較均勻，也就是說碰撞的機率小，相對的，查詢的時候就不用遍歷某個位置上的連結串列，這樣查詢效率也就較高了。

說到這裡，我們再回頭看一下hashmap中預設的陣列大小是多少，檢視原始碼可以得知是16，為什麼是16，而不是15，也不是20呢，看到上面的解釋之後我們就清楚了吧，顯然是因為16是2的整數次冪的原因，

在小資料量的情況下16比15和20更能減少key之間的碰撞，而加快查詢的效率。