Android性能優化之SparseArray源碼分析

前言

遲到一年的HashMap解讀 文章中講述了常用Java編程的數據結合HashMap的一些知識點。但如果在Android編程中出現HashMap<Interget, Object>的時候,編譯器就會提示用SparseArray代替HashMap。為什么呢?眾所周知在Android手機中應用的內存占比是衡量一個APP新能的非常重要的指標。而SparseArray就是通過時間換空間的辦法降低HashMap的內存占用。

  • HashMap是通過數據加鏈表的方式存儲數據的;
  • SparseArray是使用純數據的方式實現對數據的存儲的;

SparseArray主要是通過將Interger類型的key,以升序方式存儲在mKeys中,無論在插入或是查找的時候都可以使用二分查找法進行index的查找,當然其中還有一些細節方面的優化。

SparseArray的構造

//刪除了的數據
private static final Object DELETED = new Object();
//是否進行過刪除
private boolean mGarbage = false;

private int[] mKeys;
private Object[] mValues;
//數組中創建的對象(實際存在的數據個數和DELETED個數)
private int mSize;

public SparseArray() {
    this(10);
}
public SparseArray(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity == 0) {
        mKeys = ContainerHelpers.EMPTY_INTS;
        mValues = ContainerHelpers.EMPTY_OBJECTS;
    } else {
        initialCapacity = ArrayUtils.idealIntArraySize(initialCapacity);
        mKeys = new int[initialCapacity];
        mValues = new Object[initialCapacity];
    }
    mSize = 0;
}

SparseArray的put方法

public void put(int key, E value) {
    //找到key在mKeys中的索引位置
    int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
    //index>0,表示已經存在,value直接覆蓋
    if (i >= 0) {
        mValues[i] = value;
    } else {
        //index的反碼載取反,表示key應該存在的索引位置
        i = ~i;
        //索引位置在已經被刪除了的位置,直接復制key,value
        if (i < mSize && mValues[i] == DELETED) {
            mKeys[i] = key;
            mValues[i] = value;
            return;
        }
        //mGarbage=true,表示有刪除元素。且數組容量已經滿了,觸發gc:回收數組中為DELETED的節點,向前補位
        //eg:{1,4,0,5,6,0,7} => {1,4,5,6,7,null,null}
        if (mGarbage && mSize >= mKeys.length) {
            gc();
            //重新進行索引
            // Search again because indices may have changed.
            i = ~ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
        }
        //數組容量已滿(沒有觸發gc),進行擴容。
        if (mSize >= mKeys.length) {
            //計算將要擴容的數組長度,n為2的指數冪且n >= (mSize + 1)
            int n = ArrayUtils.idealIntArraySize(mSize + 1);
            //創建新的數組
            int[] nkeys = new int[n];
            Object[] nvalues = new Object[n];
            //將原來數組的內容,copy到新的數組
            // Log.e("SparseArray", "grow " + mKeys.length + " to " + n);
            System.arraycopy(mKeys, 0, nkeys, 0, mKeys.length);
            System.arraycopy(mValues, 0, nvalues, 0, mValues.length);
            //替換引用
            mKeys = nkeys;
            mValues = nvalues;
        }
        //重新排序,保持數組的升序特性
        if (mSize - i != 0) {
            // Log.e("SparseArray", "move " + (mSize - i));
            System.arraycopy(mKeys, i, mKeys, i + 1, mSize - i);
            System.arraycopy(mValues, i, mValues, i + 1, mSize - i);
        }
        //添加新數據
        mKeys[i] = key;
        mValues[i] = value;
        //數組中的數據個數加一
        mSize++;
    }
}

SparseArray中index查找

class ContainerHelpers {
    static final int[] EMPTY_INTS = new int[0];
    /********************部分代碼省略******************/
    //使用二分查找發查找當前value在數組中的索引位置,找到返回該位置,找不到返回value應該處于的位置的反碼
    // This is Arrays.binarySearch(), but doesn't do any argument validation.
    static int binarySearch(int[] array, int size, int value) {
        int lo = 0;
        int hi = size - 1;
        //二分查找
        while (lo <= hi) {
            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 {
                //找到返回當前位置
                return mid;  // value found
            }
        }
        //找不到返回反碼
        return ~lo;  // value not present
    }
    /********************部分代碼省略******************/
}

SparseArray中數據擴容

//實現數組的內容復制
public static void arraycopy(int[] src,    //src:源數組;
                                int srcPos,    //srcPos:源數組要復制的起始位置;
                                int[] dst,   //dst:目的數組;
                                int dstPos,   //dstPos:目的數組放置的起始位置;
                                int length) {    //length:復制的長度。
    if (src == null) {
        throw new NullPointerException("src == null");
    }
    if (dst == null) {
        throw new NullPointerException("dst == null");
    }
    if (srcPos < 0 || dstPos < 0 || length < 0 ||
            srcPos > src.length - length || dstPos > dst.length - length) {
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(
                "src.length=" + src.length + " scrPos=" + srcPos +
                        " dst.length=" + dst.length + " desPos=" + dstPos + " length=" + length);
    }
    if (length <= ARRAYCOPY_SHORT_INT_ARRAY_SHRESHOLD) {
        if (src == dst && srcPos < dstPos && dstPos < srcPos + length) {
            for (int i = length - 1; i >=  0; --i) {
                dst[dstPos + i] = src[srcPos + i];
            }
        } else {
            for (int i = 0; i < length; ++i) {
                dst[dstPos + i] = src[srcPos + i];
            }
        }
    } else {
        arraycopyIntUnchcked(src, srcPos, dst, dstPos, length);
    }
}
//result = (2^n - 3) >= need
public static int idealIntArraySize(int need) {
    return idealByteArraySize(need * 4) / 4;
}
public static int idealByteArraySize(int need) {
    for (int i = 4; i < 32; i++) {
        if (need <= (1 << i) - 12) 
            return (1 << i) - 12;
    }
    return need;
}

SparseArray內部GC


//回收數組mValues中的DELETED數據
private void gc() {
    // Log.e("SparseArray", "gc start with " + mSize);

    int n = mSize;
    int o = 0;
    int[] keys = mKeys;
    Object[] values = mValues;

    for (int i = 0; i < n; i++) {
        Object val = values[i];
        //將數據中的DELETED數據全部剔除,但是依舊保持數據的升序特性
        if (val != DELETED) {
            if (i != o) {
                keys[o] = keys[i];
                values[o] = val;
                values[i] = null;
            }

            o++;
        }
    }
    //重置mGarbage標志
    mGarbage = false;
    //mSize恢復數組中的數據真實數量
    mSize = o;

    // Log.e("SparseArray", "gc end with " + mSize);
}

SparseArray的get


public E get(int key) {
    return get(key, null);
}

@SuppressWarnings("unchecked")
public E get(int key, E valueIfKeyNotFound) {
    ////找到key在mKeys中的索引位置
    int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
    //找不到或者索引處的value=DELETE,則返回默認值
    if (i < 0 || mValues[i] == DELETED) {
        return valueIfKeyNotFound;
    } else {
        return (E) mValues[i];
    }
}

SparseArray的優化

想要在數據中存放一個key-value鍵值對,當這個key值比當前數組中的任何一個key值都大的時候,那么使用這個方法更優。

/**
 * Puts a key/value pair into the array, optimizing for the case where
 * the key is greater than all existing keys in the array.
 */
public void append(int key, E value) {
    //因為數據的key是升序存放的,所以只需要比較最后一個key值就可以。
    //如果比最后一個key值都大,那么該key值存儲的index=mSize。
    //否則,調用put方法
    if (mSize != 0 && key <= mKeys[mSize - 1]) {
        put(key, value);
        return;
    }

    if (mGarbage && mSize >= mKeys.length) {
        gc();
    }

    int pos = mSize;
    if (pos >= mKeys.length) {
        int n = ArrayUtils.idealIntArraySize(pos + 1);

        int[] nkeys = new int[n];
        Object[] nvalues = new Object[n];

        // Log.e("SparseArray", "grow " + mKeys.length + " to " + n);
        System.arraycopy(mKeys, 0, nkeys, 0, mKeys.length);
        System.arraycopy(mValues, 0, nvalues, 0, mValues.length);

        mKeys = nkeys;
        mValues = nvalues;
    }

    mKeys[pos] = key;
    mValues[pos] = value;
    mSize = pos + 1;
}

在網絡上看到一些對HashMap和SparseArray內存的分析來看,數據量在100000條時SparseArray要比HashMap要節約27%的內存,因此官方才推薦去使用SparseArray<E>去替換HashMap<Integer,E>.官方也確實聲明這種差異性不會超過50%.所以犧牲了部分效率換來內存其實在Android中也算是一種很好的選擇。

看完整篇文章是不是迫不及待的就像使用SparseArray呢~!~!

文章到這里就全部講述完啦,若有其他需要交流的可以留言哦~!~!

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