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前言
概括的说，SparseArray<E> 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。
1. SparseArray 概要
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<String> 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}]
2. 构造方法
//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;
}
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
3. 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;
}
看一下 GrowingArrayUtils.insert 的代码：
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.
4. 删除
4.1 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;
}
}
}
4.2 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;
}
}
4.3 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);
}
}
5. 查询
5.1 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];
}
}
5.2 按照 index 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];
}
5.3 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。
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申明：开始结束的图片来源网络，侵删
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