本文出自:【张旭童的简书】 (http://www.jianshu.com/users/8e91ff99b072/latest_articles)
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1 概述
在上文中，我们已经聊过了HashMap和LinkedHashMap.所以如果没看过上文，请先阅读面试必备：HashMap源码解析（JDK8） ,面试必备：LinkedHashMap源码解析（JDK8
那么今天换点口味，不看JDK了，我们看看android sdk的源码。
本文将从几个常用方法下手，来阅读ArrayMap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ArrayMap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，ArrayMap 实现了implements Map<K, V>接口，所以它也是一个关联数组、哈希表。存储以key->value 结构形式的数据。它也是线程不安全的，允许key为null,value为null。
它相比HashMap，空间效率更高。
它的内部实现是基于两个数组。
一个int[]数组，用于保存每个item的hashCode.
一个Object[]数组，保存key/value键值对。容量是上一个数组的两倍。
它可以避免在将数据插入Map中时额外的空间消耗（对比HashMap）。
而且它扩容的更合适，扩容时只需要数组拷贝工作，不需要重建哈希表。
和HashMap相比，它不仅有扩容功能，在删除时，如果集合剩余元素少于一定阈值，还有收缩（shrunk）功能。减少空间占用。
图中存了三组元素，int[]数组长度为3，Object[]数组长度为6
但是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使用二分法进行从小到大排序，
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的排序存储的。
适用场景：
- 数据量不大
- 空间比时间重要
- 需要使用
Map - 在Android平台，相对来说，内存容量更宝贵。而且数据量不大。所以当需要使用
key是Object类型的Map时，可以考虑使用ArrayMap来替换HashMap
示例代码：
Map<String, String> map = new ArrayMap<>();
map.put("1","1");
map.put(null,"2");
map.put("3",null);
map.put("6",null);
map.put("5",null);
map.put("4",null);
Log.d("TAG", "onCreate() called with: map = [" + map + "]");
输出：
onCreate() called with: map = [{null=2, 1=1, 3=null, 4=null, 5=null, 6=null}]
3 构造函数
//扩容默认的size， 4是相对效率较高的大小
private static final int BASE_SIZE = 4;
//表示集合是不可变的
static final int[] EMPTY_IMMUTABLE_INTS = new int[0];
//是否利用System.identityHashCode(key) 获取唯一HashCode模式。
final boolean mIdentityHashCode;
//保存hash值的数组
int[] mHashes;
//保存key/value的数组。
Object[] mArray;
//容量
int mSize;
//创建一个空的ArrayMap，默认容量是0.当有Item被添加进来，会自动扩容
public ArrayMap() {
this(0, false);
}
//创建一个指定容量的ArrayMap
public ArrayMap(int capacity) {
this(capacity, false);
}
//指定容量和identityHashCode
public ArrayMap(int capacity, boolean identityHashCode) {
mIdentityHashCode = identityHashCode;
//数量< 0，构建一个不可变的ArrayMap
if (capacity < 0) {
mHashes = EMPTY_IMMUTABLE_INTS;
mArray = EmptyArray.OBJECT;
//数量= 0，构建空的mHashes mArray
} else if (capacity == 0) {
mHashes = EmptyArray.INT;
mArray = EmptyArray.OBJECT;
} else {//数量>0,分配空间初始化数组
allocArrays(capacity);
}
mSize = 0;
}
//扩容
private void allocArrays(final int size) {
//数量< 0，构建一个不可变的ArrayMap
if (mHashes == EMPTY_IMMUTABLE_INTS) {
throw new UnsupportedOperationException("ArrayMap is immutable");
}//扩容数量是 8
if (size == (BASE_SIZE*2)) {
synchronized (ArrayMap.class) {
//查看之前是否有缓存的 容量为8的int[]数组和容量为16的object[]数组
//如果有，复用给mArray mHashes
if (mTwiceBaseCache != null) {
final Object[] array = mTwiceBaseCache;
mArray = array;
mTwiceBaseCache = (Object[])array[0];
mHashes = (int[])array[1];
array[0] = array[1] = null;
mTwiceBaseCacheSize--;
if (DEBUG) Log.d(TAG, "Retrieving 2x cache " + mHashes
+ " now have " + mTwiceBaseCacheSize + " entries");
return;
}
}
} else if (size == BASE_SIZE) {//扩容数量是4
synchronized (ArrayMap.class) {
//查看之前是否有缓存的 容量为4的int[]数组和容量为8的object[]数组
//如果有，复用给mArray mHashes
if (mBaseCache != null) {
final Object[] array = mBaseCache;
mArray = array;
mBaseCache = (Object[])array[0];
mHashes = (int[])array[1];
array[0] = array[1] = null;
mBaseCacheSize--;
if (DEBUG) Log.d(TAG, "Retrieving 1x cache " + mHashes
+ " now have " + mBaseCacheSize + " entries");
return;
}
}
}
//构建mHashes和mArray，mArray是mHashes的两倍。因为它既要存key还要存value。
mHashes = new int[size];
mArray = new Object[size<<1];
}
//利用另一个map构建ArrayMap
public ArrayMap(ArrayMap<K, V> map) {
this();
if (map != null) {
putAll(map);
}
}
//批量put方法：
public void putAll(ArrayMap<? extends K, ? extends V> array) {
final int N = array.mSize;
//确保空间足够存放
ensureCapacity(mSize + N);
//如果当前是空集合，
if (mSize == 0) {
if (N > 0) {//则直接复制覆盖数组内容即可。
System.arraycopy(array.mHashes, 0, mHashes, 0, N);
System.arraycopy(array.mArray, 0, mArray, 0, N<<1);
mSize = N;
}
} else {//否则需要一个一个执行插入put操作
for (int i=0; i<N; i++) {
put(array.keyAt(i), array.valueAt(i));
}
}
}
//确保空间足够存放 minimumCapacity 个数据
public void ensureCapacity(int minimumCapacity) {
//如果不够扩容
if (mHashes.length < minimumCapacity) {
//暂存当前的hash array。后面复制需要
final int[] ohashes = mHashes;
final Object[] oarray = mArray;
//扩容空间（开头讲过这个函数）
allocArrays(minimumCapacity);
if (mSize > 0) {//如果原集合不为空，复制原数据到新数组中
System.arraycopy(ohashes, 0, mHashes, 0, mSize);
System.arraycopy(oarray, 0, mArray, 0, mSize<<1);
}
//释放回收临时暂存数组空间
freeArrays(ohashes, oarray, mSize);
}
}
//释放回收临时暂存数组空间
private static void freeArrays(final int[] hashes, final Object[] array, final int size) {
//如果容量是8， 则将hashes 和array 缓存起来，以便下次使用
if (hashes.length == (BASE_SIZE*2)) {
synchronized (ArrayMap.class) {
if (mTwiceBaseCacheSize < CACHE_SIZE) {
//0存，前一个缓存的cache
array[0] = mTwiceBaseCache;
//1 存 int[]数组
array[1] = hashes;
//2+ 元素置空 以便GC
for (int i=(size<<1)-1; i>=2; i--) {
array[i] = null;
}
//更新缓存引用为array
mTwiceBaseCache = array;
//增加缓存过的Array的数量
mTwiceBaseCacheSize++;
if (DEBUG) Log.d(TAG, "Storing 2x cache " + array
+ " now have " + mTwiceBaseCacheSize + " entries");
}
}//相同逻辑，只不过缓存的是int[] 容量为4的数组
} else if (hashes.length == BASE_SIZE) {
synchronized (ArrayMap.class) {
if (mBaseCacheSize < CACHE_SIZE) {
array[0] = mBaseCache;
array[1] = hashes;
for (int i=(size<<1)-1; i>=2; i--) {
array[i] = null;
}
mBaseCache = array;
mBaseCacheSize++;
if (DEBUG) Log.d(TAG, "Storing 1x cache " + array
+ " now have " + mBaseCacheSize + " entries");
}
}
}
}
小结：
- 扩容时，会查看之前是否有缓存的 int[]数组和object[]数组
- 如果有，复用给mArray mHashes
4 增 、改
4.1 单个增改 put(K key, V value)
//如果key存在，则返回oldValue
public V put(K key, V value) {
//key的hash值
final int hash;
//下标
int index;
// 如果key为null，则hash值为0.
if (key == null) {
hash = 0;
//寻找null的下标
index = indexOfNull();
} else {
//根据mIdentityHashCode 取到 hash值
hash = mIdentityHashCode ? System.identityHashCode(key) : key.hashCode();
//根据hash值和key 找到合适的index
index = indexOf(key, hash);
}
//如果index>=0,说明是替换（改）操作
if (index >= 0) {
//只需要更新value 不需要更新key。因为key已经存在
index = (index<<1) + 1;
//返回旧值
final V old = (V)mArray[index];
mArray[index] = value;
return old;
}
//index<0,说明是插入操作。 对其取反，得到应该插入的下标
index = ~index;
//如果需要扩容
if (mSize >= mHashes.length) {
//如果容量大于8，则扩容一半。
//否则容量大于4，则扩容到8.
//否则扩容到4
final int n = mSize >= (BASE_SIZE*2) ? (mSize+(mSize>>1))
: (mSize >= BASE_SIZE ? (BASE_SIZE*2) : BASE_SIZE);
//临时数组
final int[] ohashes = mHashes;
final Object[] oarray = mArray;
//分配空间完成扩容
allocArrays(n);
//复制临时数组中的数组进新数组
if (mHashes.length > 0) {
if (DEBUG) Log.d(TAG, "put: copy 0-" + mSize + " to 0");
System.arraycopy(ohashes, 0, mHashes, 0, ohashes.length);
System.arraycopy(oarray, 0, mArray, 0, oarray.length);
}
//释放临时数组空间
freeArrays(ohashes, oarray, mSize);
}
//如果index在中间，则需要移动数组，腾出中间的位置
if (index < mSize) {
if (DEBUG) Log.d(TAG, "put: move " + index + "-" + (mSize-index)
+ " to " + (index+1));
System.arraycopy(mHashes, index, mHashes, index + 1, mSize - index);
System.arraycopy(mArray, index << 1, mArray, (index + 1) << 1, (mSize - index) << 1);
}
//hash数组，就按照下标存哈希值
mHashes[index] = hash;
//array数组，根据下标，乘以2存key，乘以2+1 存value
mArray[index<<1] = key;
mArray[(index<<1)+1] = value;
mSize++;//修改size
return null;
}
//返回key为null的 下标index
int indexOfNull() {
//N为当前集合size
final int N = mSize;
//如果当前集合是空的，返回~0
if (N == 0) {//
return ~0;
}
//根据hash值=0，通过二分查找，查找到目标index
int index = ContainerHelpers.binarySearch(mHashes, N, 0);
//如果index《0，则hash值=0之前没有存储过数据
if (index < 0) {
return index;
}
//如果index>=0,说明该hash值，之前存储过数据，找到对应的key，比对key是否等于null。相等的话，返回index。说明要替换。
//关于array中对应数据的位置，是index*2 = key ,index*2+1 = value.
if (null == mArray[index<<1]) {
return index;
}
//以下两个for循环是在出现hash冲突的情况下，找到正确的index的过程：
//从index+1,遍历到数组末尾，找到hash值相等，且key相等的位置，返回
int end;
for (end = index + 1; end < N && mHashes[end] == 0; end++) {
if (null == mArray[end << 1]) return end;
}
//从index-1,遍历到数组头，找到hash值相等，且key相等的位置，返回
for (int i = index - 1; i >= 0 && mHashes[i] == 0; i--) {
if (null == mArray[i << 1]) return i;
}
// key没有找到，返回一个负数。代表应该插入的位置
return ~end;
}
//根据key和key的hash值，返回index
int indexOf(Object key, int hash) {
//N为当前集合size
final int N = mSize;
//如果当前集合是空的，返回~0
if (N == 0) {
return ~0;
}
//根据hash值，通过二分查找，查找到目标index
int index = ContainerHelpers.binarySearch(mHashes, N, hash);
//如果index《0，说明该hash值之前没有存储过数据
if (index < 0) {
return index;
}
//如果index>=0,说明该hash值，之前存储过数据，找到对应的key，比对key是否相等。相等的话，返回index。说明要替换。
if (key.equals(mArray[index<<1])) {
return index;
}
//以下两个for循环是在出现hash冲突的情况下，找到正确的index的过程：
//从index+1,遍历到数组末尾，找到hash值相等，且key相等的位置，返回
int end;
for (end = index + 1; end < N && mHashes[end] == hash; end++) {
if (key.equals(mArray[end << 1])) return end;
}
//从index-1,遍历到数组头，找到hash值相等，且key相等的位置，返回
for (int i = index - 1; i >= 0 && mHashes[i] == hash; i--) {
if (key.equals(mArray[i << 1])) return i;
}
// key没有找到，返回一个负数。代表应该插入的位置
return ~end;
}
4.2 批量增 putAll(Map<? extends K, ? extends V> map)
除了上一张介绍过的public void putAll(ArrayMap<? extends K, ? extends V> array),还有一个批量增的方法：
//批量增，接受更为广泛的Map参数
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> map) {
//确保空间容量足够
ensureCapacity(mSize + map.size());
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> entry : map.entrySet()) {
//分别调用单个增方法 add
put(entry.getKey(), entry.getValue());
}
}
小结：
增的流程：1 先根据key得到hash值，2 根据hash值得到index 3 根据index正负，得知是插入还是替换 4 如果是替换直接替换值即可 5 如果是插入，则先判断是否需要扩容，并进行扩容 6 挪动数组位置，插入元素（类似ArrayList）
插入允许key为null，value为null。
每次插入时，根据key的哈希值，利用二分查找，去寻找key在
int[] mHashes数组中的下标位置。如果出现了hash冲突，则从需要从目标点向两头遍历，找到正确的index。
如果index>=0,说明之前已经存在该key，需要替换（改）。
如果index<0,说明没有找到。（也是二分法特性）对index去反，可以得到这个index应该插入的位置。
根据
key的hash值在mHashs中的index，如何得到key、value在mArray中的下标位置呢？key的位置是index*2，value的位置是index*2+1,也就是说mArray是利用连续的两位空间去存放key、value。根据
hash值的index计算，key、value的index也利用了位运算。index<<1 和 (index<<1)+1
5 删
5.1 单个删
//如果对应key有元素存在，返回value。否则返回null
public V remove(Object key) {
//根据key，找到下标
final int index = indexOfKey(key);
if (index >= 0) {
//如果index>=0,说明key有对应的元素存在，则去根据下标删除
return removeAt(index);
}
//否则返回null
return null;
}
//根据下标删除元素
public V removeAt(int index) {
//根据index，得到value
final Object old = mArray[(index << 1) + 1];
//如果之前的集合长度小于等于1，则执行过删除操作后，集合现在就是空的了
if (mSize <= 1) {
// Now empty.
if (DEBUG) Log.d(TAG, "remove: shrink from " + mHashes.length + " to 0");
//释放回收空间
freeArrays(mHashes, mArray, mSize);
//置空
mHashes = EmptyArray.INT;
mArray = EmptyArray.OBJECT;
mSize = 0;
} else {//根据元素数量和集合占用的空间情况，判断是否要执行收缩操作
//如果 mHashes长度大于8，且 集合长度 小于当前空间的 1/3,则执行一个 shrunk，收缩操作，避免空间的浪费
if (mHashes.length > (BASE_SIZE*2) && mSize < mHashes.length/3) {
// Shrunk enough to reduce size of arrays. We dont allow it to
// shrink smaller than (BASE_SIZE*2) to avoid flapping between
// that and BASE_SIZE.
//如果当前集合长度大于8，则n为当前集合长度的1.5倍。否则n为8.
//n 为收缩后的 mHashes长度
final int n = mSize > (BASE_SIZE*2) ? (mSize + (mSize>>1)) : (BASE_SIZE*2);
if (DEBUG) Log.d(TAG, "remove: shrink from " + mHashes.length + " to " + n);
//分配新的更小的空间（收缩操作）
final int[] ohashes = mHashes;
final Object[] oarray = mArray;
allocArrays(n);
//删掉一个元素，所以修改集合元素数量
mSize--;
//因为执行了收缩操作，所以要将老数据复制到新数组中。
if (index > 0) {
if (DEBUG) Log.d(TAG, "remove: copy from 0-" + index + " to 0");
System.arraycopy(ohashes, 0, mHashes, 0, index);
System.arraycopy(oarray, 0, mArray, 0, index << 1);
}
//在复制的过程中，排除不复制当前要删除的元素即可。
if (index < mSize) {
if (DEBUG) Log.d(TAG, "remove: copy from " + (index+1) + "-" + mSize
+ " to " + index);
System.arraycopy(ohashes, index + 1, mHashes, index, mSize - index);
System.arraycopy(oarray, (index + 1) << 1, mArray, index << 1,
(mSize - index) << 1);
}
} else {//不需要收缩
//修改集合长度
mSize--;
//类似ArrayList，用复制操作去覆盖元素达到删除的目的。
if (index < mSize) {
if (DEBUG) Log.d(TAG, "remove: move " + (index+1) + "-" + mSize
+ " to " + index);
System.arraycopy(mHashes, index + 1, mHashes, index, mSize - index);
System.arraycopy(mArray, (index + 1) << 1, mArray, index << 1,
(mSize - index) << 1);
}
//记得置空，以防内存泄漏
mArray[mSize << 1] = null;
mArray[(mSize << 1) + 1] = null;
}
}
//返回删除的值
return (V)old;
}
5.2 批量删除
//从ArrayMap中，删除Collection集合中，所有出现的key。
//返回值代表是否成功删除元素
public boolean removeAll(Collection<?> collection) {
return MapCollections.removeAllHelper(this, collection);
}
//MapCollections.removeAllHelper(this, collection);
//遍历Collection，调用Map.remove(key)去删除元素;
public static <K, V> boolean removeAllHelper(Map<K, V> map, Collection<?> collection) {
int oldSize = map.size();
Iterator<?> it = collection.iterator();
while (it.hasNext()) {
map.remove(it.next());
}
//如果元素不等，说明成功删除元素
return oldSize != map.size();
}
- 根据元素数量和集合占用的空间情况，判断是否要执行收缩操作
- 类似ArrayList，用复制操作去覆盖元素达到删除的目的。
6 查
当你想获取某个value的时候，ArrayMap会计算输入key转换过后的hash值，然后对hash数组使用二分查找法寻找到对应的index，然后我们可以通过这个index在另外一个数组中直接访问到需要的键值对。如果在第二个数组键值对中的key和前面输入的查询key不一致，那么就认为是发生了碰撞冲突。为了解决这个问题，我们会以该key为中心点，分别上下展开，逐个去对比查找，直到找到匹配的值。如下图所示：
随着数组中的对象越来越多，查找访问单个对象的花费也会跟着增长，这是在内存占用与访问时间之间做权衡交换。
6.1 单个查
public V get(Object key) {
//根据key去得到index
final int index = indexOfKey(key);
//根据 index*2+1 得到value
return index >= 0 ? (V)mArray[(index<<1)+1] : null;
}
public int indexOfKey(Object key) {
//判断key是否是null，并去查询key对应的index
return key == null ? indexOfNull()
: indexOf(key, mIdentityHashCode ? System.identityHashCode(key) : key.hashCode());
}
总结
ArrayMap的实现细节很多地方和ArrayList很像，由于我们之前分析过面试必备：ArrayList源码解析（JDK8）。所以对于用数组复制覆盖去完成删除等操作的细节，就比较容易理解了。
- 每次插入时，根据key的哈希值，利用二分查找，去寻找key在
int[] mHashes数组中的下标位置。 - 如果出现了hash冲突，则从需要从目标点向两头遍历，找到正确的index。
- 扩容时，会查看之前是否有缓存的 int[]数组和object[]数组
- 如果有，复用给mArray mHashes
- 扩容规则：如果容量大于8，则扩容一半。（类似ArrayList）
- 根据
key的hash值在mHashs中的index，如何得到key、value在mArray中的下标位置呢？key的位置是index*2，value的位置是index*2+1,也就是说mArray是利用连续的两位空间去存放key、value。 - 根据元素数量和集合占用的空间情况，判断是否要执行收缩操作
- 如果 mHashes长度大于8，且 集合长度 小于当前空间的 1/3,则执行一个 shrunk，收缩操作，避免空间的浪费
- 类似ArrayList，用复制操作去覆盖元素达到删除的目的。
