安卓-SparseArray源码解析

1 概述
在前文中，我们已经聊过了HashMap和LinkedHashMap ArrayMap.所以如果没看过，可以先阅读
HashMap源码解析（JDK8） ,
LinkedHashMap源码解析（JDK8 ，
ArrayMap源码解析
今天依旧是看看android sdk的源码。

本文将从几个常用方法下手，来阅读SparseArray的源码。
按照从构造方法->常用API（增、删、改、查）的顺序来阅读源码，并会讲解阅读方法中涉及的一些变量的意义。了解SparseArray的特点、适用场景。

如果本文中有不正确的结论、说法，请大家提出和我讨论，共同进步，谢谢。

2 概要
概括的说，SparseArray是用于在Android平台上替代HashMap的数据结构,更具体的说，
是用于替代key为int类型，value为Object类型的HashMap。
和ArrayMap类似，它的实现相比于HashMap更加节省空间，而且由于key指定为int类型，也可以节省int-Integer的装箱拆箱操作带来的性能消耗。

它仅仅实现了implements Cloneable接口，所以使用时不能用Map作为声明类型来使用。

它也是线程不安全的，允许value为null。

从原理上说，
它的内部实现也是基于两个数组。
一个int[]数组mKeys，用于保存每个item的key，key本身就是int类型，所以可以理解hashCode值就是key的值.
一个Object[]数组mValues，保存value。容量和key数组的一样。

类似ArrayMap,
它扩容的更合适，扩容时只需要数组拷贝工作，不需要重建哈希表。

同样它不适合大容量的数据存储。存储大量数据时，它的性能将退化至少50%。

比传统的HashMap时间效率低。
因为其会对key从小到大排序，使用二分法查询key对应在数组中的下标。
在添加、删除、查找数据的时候都是先使用二分查找法得到相应的index，然后通过index来进行添加、查找、删除等操作。

所以其是按照key的大小排序存储的。

另外，SparseArray为了提升性能，在删除操作时做了一些优化：
当删除一个元素时，并不是立即从value数组中删除它，并压缩数组，
而是将其在value数组中标记为已删除。这样当存储相同的key的value时，可以重用这个空间。
如果该空间没有被重用，随后将在合适的时机里执行gc（垃圾收集）操作，将数组压缩，以免浪费空间。

适用场景：
数据量不大（千以内）
空间比时间重要
需要使用Map，且key为int类型。
示例代码：

    SparseArray stringSparseArray = new SparseArray<>();
    stringSparseArray.put(1,"a");
    stringSparseArray.put(5,"e");
    stringSparseArray.put(4,"d");
    stringSparseArray.put(10,"h");
    stringSparseArray.put(2,null);

    Log.d(TAG, "onCreate() called with: stringSparseArray = [" + stringSparseArray + "]");

输出：

//可以看出是按照key排序的
onCreate() called with: stringSparseArray = [{1=a, 2=null, 4=d, 5=e, 10=h}]

3 构造函数
//用于标记value数组，作为已经删除的标记
private static final Object DELETED = new Object();
//是否需要GC
private boolean mGarbage = false;

//存储key 的数组
private int[] mKeys;
//存储value 的数组
private Object[] mValues;
//集合大小
private int mSize;

//默认构造函数，初始化容量为10
public SparseArray() {
    this(10);
}
//指定初始容量
public SparseArray(int initialCapacity) {
    //初始容量为0的话，就赋值两个轻量级的引用
    if (initialCapacity == 0) {
        mKeys = EmptyArray.INT;
        mValues = EmptyArray.OBJECT;
    } else {
    //初始化对应长度的数组
        mValues = ArrayUtils.newUnpaddedObjectArray(initialCapacity);
        mKeys = new int[mValues.length];
    }
    //集合大小为0
    mSize = 0;
}

构造函数 无亮点，路过。
关注一下几个变量：

• 底层数据结构为int[]和Object[]类型数组。
• mGarbage: 是否需要GC
• DELETED: 用于标记value数组，作为已经删除的标记

4 增 、改
4.1 单个增、改：
public void put(int key, E value) {
//利用二分查找，找到 待插入key 的 下标index
int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
//如果返回的index是正数，说明之前这个key存在，直接覆盖value即可
if (i >= 0) {
mValues[i] = value;
} else {
//若返回的index是负数，说明 key不存在.

        //先对返回的i取反，得到应该插入的位置i
        i = ~i;
        //如果i没有越界，且对应位置是已删除的标记，则复用这个空间
        if (i < mSize && mValues[i] == DELETED) {
        //赋值后，返回
            mKeys[i] = key;
            mValues[i] = value;
            return;
        }

        //如果需要GC，且需要扩容
        if (mGarbage && mSize >= mKeys.length) {
            //先触发GC
            gc();
            //gc后，下标i可能发生变化，所以再次用二分查找找到应该插入的位置i
            // Search again because indices may have changed.
            i = ~ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
        }
        //插入key（可能需要扩容）
        mKeys = GrowingArrayUtils.insert(mKeys, mSize, i, key);
        //插入value（可能需要扩容）
        mValues = GrowingArrayUtils.insert(mValues, mSize, i, value);
        //集合大小递增
        mSize++;
    }
}
//二分查找 基础知识不再详解
static int binarySearch(int[] array, int size, int value) {
    int lo = 0;
    int hi = size - 1;

    while (lo <= hi) {
        //关注一下高效位运算
        final int mid = (lo + hi) >>> 1;
        final int midVal = array[mid];

        if (midVal < value) {
            lo = mid + 1;
        } else if (midVal > value) {
            hi = mid - 1;
        } else {
            return mid;  // value found
        }
    }
    //若没找到，则lo是value应该插入的位置，是一个正数。对这个正数去反，返回负数回去
    return ~lo;  // value not present
}

//垃圾回收函数,压缩数组
private void gc() {
    //保存GC前的集合大小
    int n = mSize;
    //既是下标index，又是GC后的集合大小
    int o = 0;
    int[] keys = mKeys;
    Object[] values = mValues;
    //遍历values集合，以下算法 意义为 从values数组中，删除所有值为DELETED的元素
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        Object val = values[i];
        //如果当前value 没有被标记为已删除
        if (val != DELETED) {
            //压缩keys、values数组
            if (i != o) {
                keys[o] = keys[i];
                values[o] = val;
                //并将当前元素置空，防止内存泄漏
                values[i] = null;
            }
            //递增o
            o++;
        }
    }
    //修改 标识，不需要GC
    mGarbage = false;
    //更新集合大小
    mSize = o;
}

GrowingArrayUtils.insert:

//
public static int[] insert(int[] array, int currentSize, int index, int element) {
    //断言 确认 当前集合长度 小于等于 array数组长度
    assert currentSize <= array.length;
    //如果不需要扩容
    if (currentSize + 1 <= array.length) {
        //将array数组内元素，从index开始 后移一位
        System.arraycopy(array, index, array, index + 1, currentSize - index);
        //在index处赋值
        array[index] = element;
        //返回
        return array;
    }
    //需要扩容
    //构建新的数组
    int[] newArray = new int[growSize(currentSize)];
    //将原数组中index之前的数据复制到新数组中
    System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, index);
    //在index处赋值
    newArray[index] = element;
    //将原数组中index及其之后的数据赋值到新数组中
    System.arraycopy(array, index, newArray, index + 1, array.length - index);
    //返回
    return newArray;
}
//根据现在的size 返回合适的扩容后的容量
public static int growSize(int currentSize) {
    //如果当前size 小于等于4，则返回8， 否则返回当前size的两倍
    return currentSize <= 4 ? 8 : currentSize * 2;
}

二分查找，若未找到返回下标时，与JDK里的实现不同，JDK是返回return -(low + 1); // key not found.,而这里是对 低位去反 返回。
这样在函数调用处，根据返回值的正负，可以判断是否找到index。对负index取反，即可得到应该插入的位置。

扩容时，当前容量小于等于4，则扩容后容量为8.否则为当前容量的两倍。和ArrayList,ArrayMap不同(扩容一半)，和Vector相同(扩容一倍)。

扩容操作依然是用数组的复制、覆盖完成。类似ArrayList.

5 删
5.1 按照key删除
//按照key删除
public void remove(int key) {
delete(key);
}

public void delete(int key) {
    //二分查找得到要删除的key所在index
    int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
    //如果>=0,表示存在
    if (i >= 0) {
        //修改values数组对应位置为已删除的标志DELETED
        if (mValues[i] != DELETED) {
            mValues[i] = DELETED; 
            //并修改 mGarbage ,表示稍后需要GC
            mGarbage = true;
        }
    }
}

5.2 按照index删除
public void removeAt(int index) {
//根据index直接索引到对应位置 执行删除操作
if (mValues[index] != DELETED) {
mValues[index] = DELETED;
mGarbage = true;
}
}

5.3 批量删除
public void removeAtRange(int index, int size) {
//越界修正
final int end = Math.min(mSize, index + size);
//for循环 执行单个删除操作
for (int i = index; i < end; i++) {
removeAt(i);
}
}

6 查
6.1 按照key查询
//按照key查询，如果key不存在，返回null
public E get(int key) {
return get(key, null);
}

//按照key查询，如果key不存在，返回valueIfKeyNotFound
public E get(int key, E valueIfKeyNotFound) {
    //二分查找到 key 所在的index
    int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
    //不存在
    if (i < 0 || mValues[i] == DELETED) {
        return valueIfKeyNotFound;
    } else {//存在
        return (E) mValues[i];
    }
}

6.2 按照下标查询
public int keyAt(int index) {
//按照下标查询时，需要考虑是否先GC
if (mGarbage) {
gc();
}

    return mKeys[index];
}

public E valueAt(int index) {
 //按照下标查询时，需要考虑是否先GC
    if (mGarbage) {
        gc();
    }

    return (E) mValues[index];
}

6.3查询下标：
public int indexOfKey(int key) {
//查询下标时，也需要考虑是否先GC
if (mGarbage) {
gc();
}
//二分查找返回 对应的下标 ,可能是负数
return ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
}
public int indexOfValue(E value) {
//查询下标时，也需要考虑是否先GC
if (mGarbage) {
gc();
}
//不像key一样使用的二分查找。是直接线性遍历去比较，而且不像其他集合类使用equals比较，这里直接使用的 ==
//如果有多个key 对应同一个value，则这里只会返回一个更靠前的index
for (int i = 0; i < mSize; i++)
if (mValues[i] == value)
return i;

    return -1;
}

按照value查询下标时，不像key一样使用的二分查找。是直接线性遍历去比较，而且不像其他集合类使用equals比较，这里直接使用的 ==
如果有多个key 对应同一个value，则这里只会返回一个更靠前的index
总结
SparseArray的源码相对来说比较简单，经过之前几个集合的源码洗礼，很轻松就可以掌握大体流程和关键思想：时间换空间。

Android sdk中，还提供了三个类似思想的集合：

• SparseBooleanArray,value为boolean
• SparseIntArray,value为int
• SparseLongArray,value为long

他们和SparseArray唯一的区别在于value的类型，SparseArray的value可以是任意类型。而它们是三个常使用的拆箱后的基本类型。
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原文链接：https://blog.csdn.net/zxt0601/article/details/78342675