SparseArray源码分析

　　在上一篇博客中，我们分析了Java中一种很常见的散列数据结构HashMap的原理（地址 http://blog.csdn.net/batmanbrucewayne/article/details/49638437）。但熟悉Android的朋友应该知道，当我们要使用Integer类型作为Map里的key时，在Android SDK中，提供了一种叫做SparseArray的数据结构来代替。原话是：Use new SparseArray instead for better performance。一直以来，我也是这么做的，但没有去深究SparseArray是如何有better performance的。
　　首先来回顾一下HashMap的实现原理（这里指的是Java 1.7版本的，HashMap在Java 1.8又有了比较大的改动，暂时先不讨论），总体来说HashMap是通过数组与链表的组合来实现的。数组中保存的是一个个HashMapEntry，这个HashMapEntry又可以保存另一个HashMapEntry的实例引用，为的是当key存在冲突时，能够在一个数组索引里保存一个链表结构，以解决冲突。以下是在网上找到的一张图，清晰明了。
　　

　　回顾完HashMap的原理之后，我们来探究SparseArray性能更优的原因。源码中的注释，给了我们一些提示。

/**
 * SparseIntArrays map integers to integers.  Unlike a normal array of integers,
 * there can be gaps in the indices.  It is intended to be more memory efficient
 * than using a HashMap to map Integers to Integers, both because it avoids
 * auto-boxing keys and values and its data structure doesn't rely on an extra entry object
 * for each mapping.
 */

　　翻译过来，SparseArray性能的优势在于两方面。第一，它避免了对int类型的装箱拆箱的过程，第二，它不依赖其余的数据结构（Map.Entry）。知道了原因了以后，我们通过分析源码的方式来探究SparseArray的实现原理。
　　通过分析源码得知，SparseArray内部有两个数组mKeys与mValues，mKeys用于保存key，并且是有序的，mValues用于保存value。下面分析SparseArray关键的put与get方法。

    public void put(int key, E value) {
        //首先通过二分查找的方式判断此key是否存在于mKeys数组中
        int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);

        if (i >= 0) {
            //如果存在，则直接将value修改
            mValues[i] = value;
        } else {
            //获得该key需要插入mKeys数组的索引！
            i = ~i;

            //特殊情况，找到应该放置的位置，并且mValues保存的是被删除的对象，那么直接替换
            if (i < mSize && mValues[i] == DELETED) {
                mKeys[i] = key;
                mValues[i] = value;
                return;
            }

            //如果需要gc并且数组长度不够了，则调用gc方法，并且再重新二分查找
            if (mGarbage && mSize >= mKeys.length) {
                gc();

                // Search again because indices may have changed.
                i = ~ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
            }

            //调用System#arraycopy方法，将key和value插入的数组当中！！
            //这个地方是个关键，因为可以得知SparseArray的使用场景
            mKeys = GrowingArrayUtils.insert(mKeys, mSize, i, key);
            mValues = GrowingArrayUtils.insert(mValues, mSize, i, value);
            mSize++;
        }
    }

　　经过分析得知，SparseArray源码的关键点在于保证mKeys数组有序，调用二分查找方法之后，如果是正数说明此key存在，可以直接更新。如果key不存在，二分查找的返回值是此key需要插入mKeys数组的索引再取反。获得该索引后，如果需要gc并且数组长度不够了，那么调用gc方法，并且再二分查找获得索引。之后，在GrowingArrayUtils#insert中，调用System#arraycopy方法，将key和value插入到数组中。这里有个关键的地方，由于插入key和value需要将索引之后的数据一一往后偏移，因此可以发现，SparseArray不适合有大量数据的情形！！

public static int[] insert(int[] array, int currentSize, int index, int element) {
        assert currentSize <= array.length;
        //可以看到，插入数据时，需要将array数组中所有index之后的数据一一往后偏移一个位置

        if (currentSize + 1 <= array.length) {
            //增加一个不越界的情况
            System.arraycopy(array, index, array, index + 1, currentSize - index);
            array[index] = element;
            return array;
        }

        int[] newArray = ArrayUtils.newUnpaddedIntArray(growSize(currentSize));
        System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, index);
        newArray[index] = element;
        System.arraycopy(array, index, newArray, index + 1, array.length - index);
        return newArray;
    }

　　再分析SparseArray的get方法。

    public E get(int key, E valueIfKeyNotFound) {
        //这个方法就简单很多了，直接在mKeys数组中二分查找，查找不到则返回默认值
        //查找到了，直接从mValues数组中取出value
        int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);

        if (i < 0 || mValues[i] == DELETED) {
            return valueIfKeyNotFound;
        } else {
            return (E) mValues[i];
        }
    }

　　以上是对SparseArray源码的简单分析。可以得知，SparseArray使用了两个数组来保存key和value，mKeys数组是有序，调用put方法时，通过二分查找在mKeys数组中找到正确的索引，然后将数据保存在mKeys和mValues数组中。由于put方法是一个往数组里插入的过程，因此SparseArray不适用于大量的、无序的数据的场景。