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Android開發(fā)中,SparseArray的高效存儲與查找機制詳解

移動開發(fā) Android
SparseArray?在處理稀疏數(shù)據(jù)時非常有效,如果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不是稀疏的,或者需要存儲的鍵不是整數(shù)類型,那么使用HashMap或其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能更合適。

SparseArray

在Android中,SparseArray是一個專門用于存儲稀疏數(shù)據(jù)(大部分元素為null或默認值)的數(shù)組類。常用于存儲與整數(shù)鍵關聯(lián)的對象,其中鍵是原始數(shù)據(jù)類型 int,而不是對象類型 Integer。使得 SparseArray 在內(nèi)存使用上比使用 HashMap<Integer, E> 更高效,因為避免了自動裝箱(autoboxing)和拆箱(unboxing)的開銷。

//E對應HashMap的Value
public class SparseArray<E> implements Cloneable {
    // 用來優(yōu)化刪除性能(當有元素被remove delete時),標記已經(jīng)刪除的對象為DELETE
    private static final Object DELETED = new Object();
    // 用來優(yōu)化刪除性能,標記是否需要垃圾回收
    private boolean mGarbage = false;
    // 存儲索引,整數(shù)索引(key為整數(shù))從小到大被映射在該數(shù)組
    private int[] mKeys;
    // 存儲對象(Value)
    private Object[] mValues;
    // SparseArray實際大小
    private int mSize;

    public SparseArray() {
        //默認容量是10個元素
        this(10);
    }

    public SparseArray(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity == 0) {
             //mKeys的初值等于new int[0],mValues的初值等于new Object[0]
            mKeys = EmptyArray.INT;
            mValues = EmptyArray.OBJECT;
        } else {
            //newUnpaddedObjectArray最后指向了VMRuntime的一個native方法,返回一個至少長initialCapacity的數(shù)組,
            mValues = ArrayUtils.newUnpaddedObjectArray(initialCapacity);
            mKeys = new int[mValues.length];
        }
        mSize = 0;
    }

    /**
     * 獲得指定key的映射對象,或者null如果沒有該映射。
     */
    public E get(int key) {
        return get(key, null);
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E get(int key, E valueIfKeyNotFound) {
        //二分查找
        int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
        // 如果沒找到或者該value已經(jīng)被標記刪除,則返回默認值
        if (i < 0 || mValues[i] == DELETED) {
            return valueIfKeyNotFound;
        } else {
             // i>0 且該位置的元素未被標記為待刪除,返回該值mValues[i]
            return (E) mValues[i];
        }
    }

    public void remove(int key) {
        //調(diào)用delete執(zhí)行刪除操作
        delete(key);
    }

    /**
     * Removes the mapping from the specified key, if there was any.
     */
    /**
     * 刪除指定key的映射對象。
     */
    public void delete(int key) {
        //二分查找
        int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
        //找到了
        if (i >= 0) {
             //若未被標記delete,標記為delete,回收mGarbage=true
            if (mValues[i] != DELETED) {
                mValues[i] = DELETED;
                mGarbage = true;
            }
        }
    }

    //目的只有一個壓縮空間(壓縮數(shù)組,把無效的值刪除)
    private void gc() {
        // Log.e("SparseArray", "gc start with " + mSize);
        int n = mSize;
        int o = 0;
        int[] keys = mKeys;
        Object[] values = mValues;
        //循環(huán)整個元素區(qū)間,刪除值為DELETED的數(shù),這里比較巧妙,直接對同一個keys和values操作,完成元素的刪除和移動!
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Object val = values[i];

            if (val != DELETED) {
                if (i != o) {
                    keys[o] = keys[i];
                    values[o] = val;
                    values[i] = null;
                }
                o++;
            }
        }
        mGarbage = false;
        mSize = o;//實際大小

        // Log.e("SparseArray", "gc end with " + mSize);
    }

    /**
     * 添加一個指定key到指定object的映射,如果之前有一個指定key的映射則直接替換掉原映射object。注意gc。
     */
    public void put(int key, E value) {
        //先二分查找,確定插入位置,保證了key數(shù)組的有序性
        int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);

        if (i >= 0) {
            //找到了,直接替換
            mValues[i] = value;
        } else {
            // 做一個取反運算,獲得應該插入的index
            //沒找到的情況下: i = -insertPoint -1,對他取反剛好得insertPoint。
            i = ~i;
            //若i在size范圍內(nèi),且剛好對應位置標記為delete了,直接放入
            if (i < mSize && mValues[i] == DELETED) {
                mKeys[i] = key;
                mValues[i] = value;
                return;
            }
            //若前面if不成立,即i超出了size范圍,或者對應的位置的元素是有效的
            // 如果被標記為需要垃圾回收且SparseArray大小不小于keys數(shù)組長度
            if (mGarbage && mSize >= mKeys.length) {
                // 壓縮空間,會壓縮數(shù)組,把無效的值都去掉,保證連續(xù)有效值
                gc();
                // Search again because indices may have changed.
                // 再次查找插入點因為索引可能改變
                i = ~ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
            }
            // 插入,如果size不夠則會重新分配更大的數(shù)組,然后拷貝過去并插入;size足夠則用System.arraycopy把插入位置開始的value都后移然后插入
            mKeys = GrowingArrayUtils.insert(mKeys, mSize, i, key);
            mValues = GrowingArrayUtils.insert(mValues, mSize, i, value);
            // 實際大小加1
            mSize++;
        }
    }

    /**
     * Returns the number of key-value mappings that this SparseArray
     * currently stores.
     */
    //返回mSize,注意gc。
    public int size() {
        if (mGarbage) {
            gc();
        }
        return mSize;
    }

}

SparseArray方法:

  • put(int key, E value):向數(shù)組中放入一個值。
  • get(int key):根據(jù)鍵獲取值。
  • delete(int key):根據(jù)鍵刪除值。
  • size():返回數(shù)組中當前存儲的鍵值對的數(shù)量。
  • keyAt(int index):根據(jù)索引返回鍵。
  • valueAt(int index):根據(jù)索引返回值。
  • indexOfKey(int key):返回指定鍵的索引。
  • indexOfValue(E value):返回指定值的索引。

SparseArray在處理稀疏數(shù)據(jù)時非常有效,如果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不是稀疏的,或者需要存儲的鍵不是整數(shù)類型,那么使用HashMap或其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能更合適。

例如,在自定義視圖中處理大量子視圖時,可能會使用SparseArray來存儲與每個子視圖ID關聯(lián)的視圖對象。

SparseArray性能

  1. SparseArray內(nèi)部使用int[] keys數(shù)組維護key,而且keys中元素是按照升序進行排序的,使用Object[] values來維護value。
  2. SparseArray用于映射integers到object。但不像普通數(shù)組,SparseArray元素間沒有無用的元素。在映射integers到object的過程中,SparseArray采用避免自動裝箱的keys而且它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不依賴于額外的對象來存儲映射關系的實現(xiàn),因此它相比于HashMap占用更少的內(nèi)存。
  3. 但是SparseArray在查找keys的過程中使用了二分法查找,這種實現(xiàn)不適合大量的數(shù)據(jù)的情況。在添加和刪除時涉及到數(shù)組元素的挪動,因此比HashMap慢。
  4. 為了優(yōu)化性能,SparseArray對remove()進行了優(yōu)化,在刪除時并沒有立即擠壓數(shù)組的空間,而是標記為DELETE。被標記為DELETE的元素,要么被重復利用,要么在多次remove后,通過一次gc操作,進行數(shù)組空間的擠壓。
責任編輯:武曉燕 來源: 沐雨花飛蝶
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