Android-常用数据结构和控件

HashMap 的原理

HashMap 的内部可以看做数组+链表的复合结构。数组被分为一个个的桶(bucket)。哈希值决定了键值对在数组中的寻址。具有相同哈希值的键值对会组成链表。需要注意的是当链表长度超过阈值(默认是8)的时候会触发树化，链表会变成树形结构。
把握HashMap的原理需要关注4个方法：hash、put、get、resize。
hash方法。 将 key 的 hashCode 值的高位数据移位到低位进行异或运算。这么做的原因是有些 key 的 hashCode 值的差异集中在高位，而哈希寻址是忽略容量以上高位的，这种做法可以有效避免哈希冲突。
put 方法。put 方法主要有以下几个步骤：
1、通过 hash 方法获取 hash 值，根据 hash 值寻址。
2、如果未发生碰撞，直接放到桶中。
3、如果发生碰撞，则以链表形式放在桶后。
4、当链表长度大于阈值后会触发树化，将链表转换为红黑树。
5、如果数组长度达到阈值，会调用 resize 方法扩展容量。
get方法。get 方法主要有以下几个步骤：
1、通过 hash 方法获取 hash 值，根据 hash 值寻址。
2、如果与寻址到桶的 key 相等，直接返回对应的 value。
3、如果发生冲突，分两种情况。如果是树，则调用 getTreeNode 获取 value；如果是链表则通过循环遍历查找对应的 value。
resize 方法。resize 做了两件事：
将原数组扩展为原来的 2 倍
重新计算 index 索引值，将原节点重新放到新的数组中。这一步可以将原先冲突的节点分散到新的桶中。

LruCache的原理

LruCache 的核心原理就是对 LinkedHashMap 的有效利用，它的内部存在一个 LinkedHashMap 成员变量。值得我们关注的有四个方法：构造方法、get、put、trimToSize。

构造方法： 在 LruCache 的构造方法中做了两件事，设置了 maxSize、创建了一个 LinkedHashMap。这里值得注意的是 LruCache 将 LinkedHashMap的accessOrder 设置为了 true，accessOrder 就是遍历这个LinkedHashMap 的输出顺序。true 代表按照访问顺序输出，false代表按添加顺序输出，因为通常都是按照添加顺序输出，所以 accessOrder 这个属性默认是 false，但我们的 LruCache 需要按访问顺序输出，所以显式的将 accessOrder 设置为 true。
get方法： 本质上是调用 LinkedHashMap 的 get 方法，由于我们将 accessOrder 设置为了 true，所以每调用一次get方法，就会将我们访问的当前元素放置到这个LinkedHashMap的尾部。
put方法： 本质上也是调用了 LinkedHashMap 的 put 方法，由于 LinkedHashMap 的特性，每调用一次 put 方法，也会将新加入的元素放置到 LinkedHashMap 的尾部。添加之后会调用 trimToSize 方法来保证添加后的内存不超过 maxSize。
trimToSize方法： trimToSize 方法的内部其实是开启了一个 while(true)的死循环，不断的从 LinkedHashMap 的首部删除元素，直到删除之后的内存小于 maxSize 之后使用 break 跳出循环。
其实到这里我们可以总结一下，为什么这个算法叫 最近最少使用 算法呢？原理很简单，我们的每次 put 或者get都可以看做一次访问，由于 LinkedHashMap 的特性，会将每次访问到的元素放置到尾部。当我们的内存达到阈值后，会触发 trimToSize 方法来删除 LinkedHashMap 首部的元素，直到当前内存小于 maxSize。为什么删除首部的元素，原因很明显：我们最近经常访问的元素都会放置到尾部，那首部的元素肯定就是 最近最少使用 的元素了，因此当内存不足时应当优先删除这些元素。

DiskLruCache原理

设计一个图片的异步加载框架
设计一个图片加载框架，肯定要用到图片加载的三级缓存的思想。三级缓存分为内存缓存、本地缓存和网络缓存。

内存缓存：将Bitmap缓存到内存中，运行速度快，但是内存容量小。
本地缓存：将图片缓存到文件中，速度较慢，但容量较大。
网络缓存：从网络获取图片，速度受网络影响。

如果我们设计一个图片加载框架，流程一定是这样的：
1、拿到图片url后首先从内存中查找Bitmap，如果找到直接加载。
2、内存中没有找到，会从本地缓存中查找，如果本地缓存可以找到，则直接加载。
3、内存和本地都没有找到，这时会从网络下载图片，下载到后会加载图片，并且将下载到的图片放到内存缓存和本地缓存中。

上面是一些基本的概念，如果是具体的代码实现的话，大概需要这么几个方面的文件：
1、首先需要确定我们的内存缓存，这里一般用的都是 LruCache。
2、确定本地缓存，通常用的是 DiskLruCache，这里需要注意的是图片缓存的文件名一般是 url 被 MD5 加密后的字符串，为了避免文件名直接暴露图片的 url。
3、内存缓存和本地缓存确定之后，需要我们创建一个新的类 MemeryAndDiskCache，当然，名字随便起，这个类包含了之前提到的 LruCache 和 DiskLruCache。在 MemeryAndDiskCache 这个类中我们定义两个方法，一个是 getBitmap，另一个是 putBitmap，对应着图片的获取和缓存，内部的逻辑也很简单。getBitmap中按内存、本地的优先级去取 BItmap，putBitmap 中先缓存内存，之后缓存到本地。
4、在缓存策略类确定好之后，我们创建一个 ImageLoader 类，这个类必须包含两个方法，一个是展示图片 displayImage(url,imageView)，另一个是从网络获取图片downloadImage(url,imageView)。在展示图片方法中首先要通过 ImageView.setTag(url)，将 url 和 imageView 进行绑定，这是为了避免在列表中加载网络图片时会由于ImageView的复用导致的图片错位的 bug。之后会从 MemeryAndDiskCache 中获取缓存，如果存在，直接加载；如果不存在，则调用从网络获取图片这个方法。从网络获取图片方法很多，这里我一般都会使用 OkHttp+Retrofit。当从网络中获取到图片之后，首先判断一下imageView.getTag()与图片的 url 是否一致，如果一致则加载图片，如果不一致则不加载图片，通过这样的方式避免了列表中异步加载图片的错位。同时在获取到图片之后会通过 MemeryAndDiskCache 来缓存图片。

SparseArray 原理

SparseArray，通常来讲是 Android 中用来替代 HashMap 的一个数据结构。 准确来讲，是用来替换key为 Integer 类型，value为Object 类型的HashMap。需要注意的是 SparseArray 仅仅实现了 Cloneable 接口，所以不能用Map来声明。 从内部结构来讲，SparseArray 内部由两个数组组成，一个是 int[]类型的 mKeys，用来存放所有的键；另一个是 Object[]类型的 mValues，用来存放所有的值。 最常见的是拿 SparseArray 跟HashMap 来做对比，由于 SparseArray 内部组成是两个数组，所以占用内存比 HashMap 要小。我们都知道，增删改查等操作都首先需要找到相应的键值对，而 SparseArray 内部是通过二分查找来寻址的，效率很明显要低于 HashMap 的常数级别的时间复杂度。提到二分查找，这里还需要提一下的是二分查找的前提是数组已经是排好序的，没错，SparseArray 中就是按照key进行升序排列的。 综合起来来说，SparseArray 所占空间优于 HashMap，而效率低于 HashMap，是典型的时间换空间，适合较小容量的存储。 从源码角度来说，我认为需要注意的是 SparseArray的remove()、put()和 gc()方法。
1、remove()。 SparseArray 的 remove() 方法并不是直接删除之后再压缩数组，而是将要删除的 value 设置为 DELETE 这个 SparseArray 的静态属性，这个 DELETE 其实就是一个 Object 对象，同时会将 SparseArray 中的 mGarbage 这个属性设置为 true，这个属性是便于在合适的时候调用自身的 gc()方法压缩数组来避免浪费空间。这样可以提高效率，如果将来要添加的key等于删除的key，那么会将要添加的 value 覆盖 DELETE。
2、gc()。 SparseArray 中的 gc() 方法跟 JVM 的 GC 其实完全没有任何关系。``gc()` 方法的内部实际上就是一个for循环，将 value 不为 DELETE 的键值对往前移动覆盖value 为DELETE的键值对来实现数组的压缩，同时将 mGarbage 置为 false，避免内存的浪费。
3、put()。 put 方法是这么一个逻辑，如果通过二分查找 在 mKeys 数组中找到了 key，那么直接覆盖 value 即可。如果没有找到，会拿到与数组中与要添加的 key 最接近的 key 索引，如果这个索引对应的 value 为 DELETE，则直接把新的 value 覆盖 DELET 即可，在这里可以避免数组元素的移动，从而提高了效率。如果 value 不为 DELETE，会判断 mGarbage，如果为 true，则会调用 gc()方法压缩数组，之后会找到合适的索引，将索引之后的键值对后移，插入新的键值对，这个过程中可能会触发数组的扩容。

RecyclerView与ListView 对比：缓存机制

1. 层级不同：RecyclerView比ListView多两级缓存，支持多个离屏ItemView缓存，支持开发者自定义缓存处理逻辑，支持所有RecyclerView共用同一个RecyclerViewPool(缓存池)。
   具体来说：
   ListView(两级缓存)：
   RecyclerView(四级缓存)：
   
   ListView和RecyclerView缓存机制基本一致：
   1). mActiveViews和mAttachedScrap功能相似，意义在于快速重用屏幕上可见的列表项ItemView，而不需要重新createView和bindView；2). mScrapView和mCachedViews + mReyclerViewPool功能相似，意义在于缓存离开屏幕的ItemView，目的是让即将进入屏幕的ItemView重用.
   3). RecyclerView的优势在于a.mCacheViews的使用，可以做到屏幕外的列表项ItemView进入屏幕内时也无须bindView快速重用；b.mRecyclerPool可以供多个RecyclerView共同使用，在特定场景下，如viewpaper+多个列表页下有优势.客观来说，RecyclerView在特定场景下对ListView的缓存机制做了补强和完善。

2. 缓存不同：
   1). RecyclerView缓存RecyclerView.ViewHolder，抽象可理解为：View + ViewHolder(避免每次createView时调用findViewById) + flag(标识状态)；2). ListView缓存View。

数据库的事务：事务(Transaction)是访问并可能更新数据库中各种数据项的一个程序执行单元(unit)。