IT博客汇
  • 首页
  • 精华
  • 技术
  • 设计
  • 资讯
  • 扯淡
  • 权利声明
  • 登录 注册

    深入剖析 Android中的 ArrayMap

    androidyue发表于 2017-02-12 17:51:00
    love 0

    数据集合在任何一门编程语言中都是很重要的一部分,在 Android 开发中,我们会实用到ArrayList, LinkedList, HashMap等。其中HashMap是用来处理键值对需求的常用集合。 而Android中引入了一个新的集合,叫做ArrayMap,为键值对存储需求增加了一种选择。

    ArrayMap是什么

    • 一个通用的key-value映射数据结构
    • 相比HashMap会占用更少的内存空间
    • android.util和android.support.v4.util都包含对应的ArrayMap类

    ArrayMap的内部结构

    ArrayMap internal strucuture

    如上图所示,在ArrayMap内部有两个比较重要的数组,一个是mHashes,另一个是mArray。

    • mHashes用来存放key的hashcode值
    • mArray用来存储key与value的值,它是一个Object数组。

    其中这两个数组的索引对应关系是

    1
    2
    3
    
    mHashes[index] = hash;
    mArray[index<<1] = key;  //等同于 mArray[index * 2] = key;
    mArray[(index<<1)+1] = value; //等同于 mArray[index * 2 + 1] = value;
    

    注:向左移一位的效率要比 乘以2倍 高一些。

    查找数据

    查找数据是容器常用的操作,在Map中,通常是根据key找到对应的value的值。

    ArrayMap中的查找分为如下两步

    • 根据key的hashcode找到在mHashes数组中的索引值
    • 根据上一步的索引值去查找key所对应的value值

    其中占据时间复杂度最多的属于第一步:确定key的hashCode在mHahses中的索引值。

    而这一步对mHashes查找使用的是二分查找,即Binary Search。所以ArrayMap的查询时间复杂度为 ‎O(log n)

    确定key的hashcode在mHashes中的索引的代码的逻辑

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    23
    24
    25
    26
    27
    28
    29
    30
    31
    32
    33
    34
    35
    36
    
    int indexOf(Object key, int hash) {
        final int N = mSize;
        //快速判断是ArrayMap是否为空,如果符合情况快速跳出
        if (N == 0) {
            return ~0;
        }
        //二分查找确定索引值
        int index = ContainerHelpers.binarySearch(mHashes, N, hash);
    
        // 如果未找到,返回一个index值,可能为后续可能的插入数据使用。
        if (index < 0) {
            return index;
        }
    
        // 如果确定不仅hashcode相同,也是同一个key,返回找到的索引值。
        if (key.equals(mArray[index<<1])) {
            return index;
        }
    
        // 如果key的hashcode相同,但不是同一对象,从索引之后再次找
        int end;
        for (end = index + 1; end < N && mHashes[end] == hash; end++) {
            if (key.equals(mArray[end << 1])) return end;
        }
    
        // 如果key的hashcode相同,但不是同一对象,从索引之前再次找
        for (int i = index - 1; i >= 0 && mHashes[i] == hash; i--) {
            if (key.equals(mArray[i << 1])) return i;
        }
        //返回负值,既可以用来表示无法找到匹配的key,也可以用来为后续的插入数据所用。
        // Key not found -- return negative value indicating where a
        // new entry for this key should go.  We use the end of the
        // hash chain to reduce the number of array entries that will
        // need to be copied when inserting.
        return ~end;
    }
    

    既然对mHashes进行二分查找,则mHashes必须为有序数组。

    插入数据

    ArrayMap提供给我们进行插入数据的API有

    • append(key,value)
    • put(key,value)
    • putAll(collection)

    以put方法为例,需要注意的有

    • 新数据位置确定
    • key为null
    • 数组扩容问题

    新数据位置确定

    为了确保mHashes能够进行二分查找,我们需要保证mHashes始终未有序数组。

    在确定新数据位置过程中

    • 根据key的hashcode在mHashes表中二分查找确定合适的位置。
    • 如果新添加的数据的索引不是最后位置,在需要对这个索引之后的全部数据向后移动

    ArrayMap put

    key为null时

    当key为null时,其实和其他正常的key差不多,只是对应的hashcode会默认成0来处理。

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    
    public V put(K key, V value) {
        final int hash;
        int index;
        if (key == null) {
            hash = 0;//如果key为null,其hashcode算作0
            index = indexOfNull();
        }
      ...
    }
    

    数组扩容问题

    • 首先数组的容量会扩充到BASE_SIZE
    • 如果BASE_SIZE无法容纳,则扩大到2 * BASE_SIZE
    • 如果2 * BASE_SIZE仍然无法容纳,则每次扩容为当前容量的1.5倍。

    具体的计算容量的代码为

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    
    /**
     * The minimum amount by which the capacity of a ArrayMap will increase.
     * This is tuned to be relatively space-efficient.
    */
    private static final int BASE_SIZE = 4;
    final int n = mSize >= (BASE_SIZE*2) ? (mSize+(mSize>>1))
      : (mSize >= BASE_SIZE ? (BASE_SIZE*2) : BASE_SIZE);
    

    删除数据

    删除ArrayMap中的一项数据,可以分为如下的情况

    • 如果当前ArrayMap只有一项数据,则删除操作将mHashes,mArray置为空数组,mSize置为0.
    • 如果当前ArrayMap容量过大(大于BASE_SIZE*2)并且持有的数据量过小(不足1/3)则降低ArrayMap容量,减少内存占用
    • 如果不符合上面的情况,则从mHashes删除对应的值,将mArray中对应的索引置为null

    ArrayMap的缓存优化

    ArrayMap的容量发生变化,正如前面介绍的,有这两种情况

    • put方法增加数据,扩大容量
    • remove方法删除数据,减小容量

    在这个过程中,会频繁出现多个容量为BASE_SIZE和2 * BASE_SIZE的int数组和Object数组。ArrayMap设计者为了避免创建不必要的对象,减少GC的压力。采用了类似对象池的优化设计。

    这其中设计到几个元素

    • BASE_SIZE 值为4,与ArrayMap容量有密切关系。
    • mBaseCache 用来缓存容量为BASE_SIZE的int数组和Object数组
    • mBaseCacheSize mBaseCache缓存的数量,避免无限缓存
    • mTwiceBaseCache 用来缓存容量为 BASE_SIZE * 2的int数组和Object数组
    • mTwiceBaseCacheSize mTwiceBaseCache缓存的数量,避免无限缓存
    • CACHE_SIZE 值为10,用来控制mBaseCache与mTwiceBaseCache缓存的大小

    这其中

    • mBaseCache的第一个元素保存下一个mBaseCache,第二个元素保存mHashes数组
    • mTwiceBaseCache和mBaseCache一样,只是对应的数组容量不同

    具体的缓存数组逻辑的代码为

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    23
    24
    25
    26
    27
    28
    29
    30
    31
    
    private static void freeArrays(final int[] hashes, final Object[] array, final int size) {
        if (hashes.length == (BASE_SIZE*2)) {
            synchronized (ArrayMap.class) {
                if (mTwiceBaseCacheSize < CACHE_SIZE) {
                    array[0] = mTwiceBaseCache;
                    array[1] = hashes;
                    for (int i=(size<<1)-1; i>=2; i--) {
                        array[i] = null;
                    }
                    mTwiceBaseCache = array;
                    mTwiceBaseCacheSize++;
                    if (DEBUG) Log.d(TAG, "Storing 2x cache " + array
                            + " now have " + mTwiceBaseCacheSize + " entries");
                }
            }
        } else if (hashes.length == BASE_SIZE) {
            synchronized (ArrayMap.class) {
                if (mBaseCacheSize < CACHE_SIZE) {
                    array[0] = mBaseCache;
                    array[1] = hashes;
                    for (int i=(size<<1)-1; i>=2; i--) {
                        array[i] = null;
                    }
                    mBaseCache = array;
                    mBaseCacheSize++;
                    if (DEBUG) Log.d(TAG, "Storing 1x cache " + array
                            + " now have " + mBaseCacheSize + " entries");
                }
            }
        }
    }
    

    具体的利用缓存数组的代码为

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    23
    24
    25
    26
    27
    28
    29
    30
    31
    32
    33
    34
    35
    36
    37
    
    private void allocArrays(final int size) {
        if (mHashes == EMPTY_IMMUTABLE_INTS) {
            throw new UnsupportedOperationException("ArrayMap is immutable");
        }
        if (size == (BASE_SIZE*2)) {
            synchronized (ArrayMap.class) {
                if (mTwiceBaseCache != null) {
                    final Object[] array = mTwiceBaseCache;
                    mArray = array;
                    mTwiceBaseCache = (Object[])array[0];
                    mHashes = (int[])array[1];
                    array[0] = array[1] = null;
                    mTwiceBaseCacheSize--;
                    if (DEBUG) Log.d(TAG, "Retrieving 2x cache " + mHashes
                            + " now have " + mTwiceBaseCacheSize + " entries");
                    return;
                }
            }
        } else if (size == BASE_SIZE) {
            synchronized (ArrayMap.class) {
                if (mBaseCache != null) {
                    final Object[] array = mBaseCache;
                    mArray = array;
                    mBaseCache = (Object[])array[0];
                    mHashes = (int[])array[1];
                    array[0] = array[1] = null;
                    mBaseCacheSize--;
                    if (DEBUG) Log.d(TAG, "Retrieving 1x cache " + mHashes
                            + " now have " + mBaseCacheSize + " entries");
                    return;
                }
            }
        }
    
        mHashes = new int[size];
        mArray = new Object[size<<1];
    }
    

    在Android中的应用

    在Android Performance Pattern中,官方给出的使用场景为

    1.item数量小于1000,尤其是插入数据和删除数据不频繁的情况。

    2.Map中包含子Map对象

    通过本文的介绍,我们对于ArrayMap应该有了一个比较深入的了解。虽然ArrayMap是Android系统中HashMap的一种替代,但是我们在使用时也要注意选择适宜的场景,切莫一概而论。

    嗨,我是小广告:欢迎参加我的知乎Live 《我学安卓的那些套路》



沪ICP备19023445号-2号
友情链接