Android容器類小結

奇舞移動發表於2018-11-12
Android

系列文章地址：
Android容器類-ArraySet原理解析(一)
Android容器類-ArrayMap原理解析(二)
Android容器類-SparseArray原理解析(三)
Android容器類-SparseIntArray原理解析(四)

相較於其他裝置，移動裝置有自己的特點，記憶體小是一個很突出的問題，Google針對android裝置的這一特點，開發了一套容器框架，目的就是為了更加高效地利用記憶體。接下來就對這些容器進行一下總結。

組織結構

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以上是android中容器的實現繼承結構，簡單梳理一下：

  • ArraySet實現了Set和Collections介面，在api 23中新增
  • ArrayMap實現了Map介面，在api 19中新增
  • SparseArray，SparseIntArray，SparseBooleanArray實現了Cloneable介面，在api 1中新增
  • SparseLong實現了Cloneable介面，在api 18中新增

分類

從**功能**上劃分，可以將以上容器劃分為兩類：

  • 儲存元素
    ArraySet優化了HashSet對元素的儲存

  • 儲存鍵值對 相較於HashMap，具體的優化方向如下：
    ArrayMap優化了HashMap儲存Object --> Object的鍵值儲存;
    SparseArray優化了int --> Object的鍵值儲存;
    SparseIntArray優化了int --> int的鍵值儲存;
    SparseBooleanArray優化了 int --> boolean的鍵值儲存;
    SparseLongArray優化了 int --> long的鍵值儲存。

優化方法

從組織結構可以看出，可以將這些容器分為3類：ArraySet,ArrayMap和剩餘的容器。通過前面的分析可以知道，ArraySet和ArrayMap使用的相同的優化方式，SparseArray在進行優化的時候使用gc垃圾回收策略，故從優化方法上進行分類的話可以分一下三類：

  • ArraySet, ArrayMap 使用陣列mKeys儲存key的hash值，hash值在mKeys的位置為index，並將value儲存到mValues陣列對應下標的位置（ArrayMap中key和value分別在mValues的index * 2和index * 2 + 1的位置）。查詢或者修改元素時，使用二分查詢在mKeys中找到元素在mValues的下標，然後進行修改或者返回。
  • SparseArray 使用int型別的mKeys陣列儲存int型別的鍵，下標為index，將Object型別的value儲存在在Object型別的陣列mValues的index位置，在查詢和修改時，使用二分查詢在mKeys中找到元素在mValues的下標，然後進行修改或者返回。在刪除value時，SparseArray並不直接進行陣列元素的移動，而是將待刪除的value標記為DELETED狀態，在gc的過程中將所有非DELETED狀態的元素移動到陣列的最前面，從而減少二分查詢的時間。
  • SparseIntArray, SparseLongArray, SparseBooleanArray 這3個容器可以理解成專用容器，使用int型別陣列和對應型別的陣列；使用二分查詢快速查詢元素，然後進行刪除，修改，新增操作。

優化共同點與差異

雖然這些容器儲存的元素型別不同，但是通過分析可以發現他們在記憶體優化中的共同點，接下來就分析下這些容器在優化上存在的共同點和差異。

共同點

  • 資料結構

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    這裡的資料結構是指容器的底層儲存結構，雖然在ArrayMap中mValues的長度是mKeys的2倍，但也僅僅是陣列長度上的差異，底層儲存使用的思想仍然是一樣的；int型別的陣列mKeys裡的元素時按照升序進行排列的。相較於HashMap使用Node結構儲存，這樣的儲存方式使用更小的儲存空間儲存k-v，同時避免了原始資料型別的自動裝箱。

  • 查詢方法 在組織結構中列出的容器，他們在進行元素查詢時，都會先在mKeys陣列中利用二分查詢找到元素的下標index，然後使用index到mValues陣列中對value進行操作。

  • 獲取帶插入下標 在進行元素插入時，會首先使用二分查詢在mKeys陣列中查詢元素的下標，如果元素不存在，則二分查詢會返回元素待插入位置的取反。

不同點

  • 對key的處理 ArraySet, ArrayMap底層實現時，會計算待插入元素的hash值，根據hash值，在mKeys找到待插入位置；SparseArray和SparseXXXArray儲存的時候直接使用key值，不會進行hash計算。
  • 對null的處理 ArraySet和ArrayMap允許插入key為null的元素，key的hash值為0；SparseArray和SparseXXXArray儲存的時由於直接使用int型別的資料作為key，故不存在key為null的情況。
  • 快取 為了避免頻繁的記憶體回收，ArraySet和ArrayMap新增了快取結構，SparseArray和SparseXXXArray沒有快取
  • 擴容規則 ArraySet和ArrayMap在進行擴容的時，容量的變化規則為4, 8 , size * 2 / 3，SparseArray和SparseXXXArray使用ArrayUtils.newUnpaddedArray建立新的資料，將原來的資料拷貝到新陣列中。

使用建議

雖然這些容器在Android裝置上可以更高效地利用記憶體，但是還是存在使用使用限制。

  • 相容性 在組織結構中，可以看到，並不是所有的容器都是從api 1就開始提供的，在使用具體的容器時，需要考慮應用的相容。
  • 對效能的影響 雖然ArrayMap在刪除時不直接使用移動元素的方式刪除元素，但是在獲取陣列元素等操作中還是
  • 對數量的限制 在對元素進行查詢時會使用二分查詢，元素數量較大（超過1000）時，查詢效率會降低，相較於HashMap只要數量不超過1000，效率最多不會下降50%。

總結

前面說了很多，其實android容器優化的根本思想就是使用int到其他型別的對映，使用陣列儲存著兩個對映，用以優化HashMap對k-v的儲存。這種優化適用於元素數量較少（少於1000）的情況。

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