Android內(nèi)存優(yōu)化(使用SparseArray和ArrayMap代替HashMap)

Android開發(fā)時,我們使用的大部分都是Java的api,比如HashMap這個api,使用率非常高,但是對于Android這種對內(nèi)存非常敏感的移動平臺,很多時候使用一些java的api并不能達到更好的性能,相反反而更消耗內(nèi)存,所以針對Android這種移動平臺,也推出了更符合自己的api,比如SparseArray、ArrayMap用來代替HashMap在有些情況下能帶來更好的性能提升。
介紹它們之前先來介紹一下HashMap的內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu),就明白為什么推薦使用SparseArray和ArrayMap
HashMap
HashMap內(nèi)部是使用一個默認容量為16的數(shù)組來存儲數(shù)據(jù)的,而數(shù)組中每一個元素卻又是一個鏈表的頭結(jié)點,所以,更準確的來說,HashMap內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)是使用哈希表的拉鏈結(jié)構(gòu)(數(shù)組+鏈表),如圖:這種存儲數(shù)據(jù)的方法叫做拉鏈法

這里寫圖片描述
且每一個結(jié)點都是Entry類型,那么Entry是什么呢?我們來看看HashMap中Entry的屬性:

final K key;V value;final int hash;HashMapEntry<K, V> next;

從中我們得知Entry存儲的內(nèi)容有key、value、hash值、和next下一個Entry,那么,這些Entry數(shù)據(jù)是按什么規(guī)則進行存儲的呢?就是通過計算元素key的hash值,然后對HashMap中數(shù)組長度取余得到該元素存儲的位置,計算公式為hash(key)%len,比如:假設(shè)hash(14)=14,hash(30)=30,hash(46)=46,我們分別對len取余,得到hash(14)%16=14,hash(30)%16=14,hash(46)%16=14,所以key為14、30、46的這三個元素存儲在數(shù)組下標為14的位置,如:
這里寫圖片描述

從中可以看出,如果有多個元素key的hash值相同的話,后一個元素并不會覆蓋上一個元素,而是采取鏈表的方式,把之后加進來的元素加入鏈表末尾,從而解決了hash沖突的問題,由此我們知道HashMap中處理hash沖突的方法是鏈地址法,在此補充一個知識點,處理hash沖突的方法有以下幾種:
開放地址法
再哈希法
鏈地址法
建立公共溢出區(qū)

講到這里,重點來了,我們知道HashMap中默認的存儲大小就是一個容量為16的數(shù)組,所以當我們創(chuàng)建出一個HashMap對象時,即使里面沒有任何元素,也要分別一塊內(nèi)存空間給它,而且,我們再不斷的向HashMap里put數(shù)據(jù)時,當達到一定的容量限制時(這個容量滿足這樣的一個關(guān)系時候?qū)U容:HashMap中的數(shù)據(jù)量>容量*加載因子,而HashMap中默認的加載因子是0.75),HashMap的空間將會擴大,而且擴大后新的空間一定是原來的2倍,我們可以看put()方法中有這樣的一行代碼:

int newCapacity = oldCapacity * 2;

所以,重點就是這個,只要一滿足擴容條件,HashMap的空間將會以2倍的規(guī)律進行增大。假如我們有幾十萬、幾百萬條數(shù)據(jù),那么HashMap要存儲完這些數(shù)據(jù)將要不斷的擴容,而且在此過程中也需要不斷的做hash運算,這將對我們的內(nèi)存空間造成很大消耗和浪費,而且HashMap獲取數(shù)據(jù)是通過遍歷Entry[]數(shù)組來得到對應的元素,在數(shù)據(jù)量很大時候會比較慢,所以在Android中,HashMap是比較費內(nèi)存的,我們在一些情況下可以使用SparseArray和ArrayMap來代替HashMap。
SparseArray
SparseArray比HashMap更省內(nèi)存,在某些條件下性能更好,主要是因為它避免了對key的自動裝箱(int轉(zhuǎn)為Integer類型),它內(nèi)部則是通過兩個數(shù)組來進行數(shù)據(jù)存儲的,一個存儲key,另外一個存儲value,為了優(yōu)化性能,它內(nèi)部對數(shù)據(jù)還采取了壓縮的方式來表示稀疏數(shù)組的數(shù)據(jù),從而節(jié)約內(nèi)存空間,我們從源碼中可以看到key和value分別是用數(shù)組表示:

private int[] mKeys; private Object[] mValues;

我們可以看到,SparseArray只能存儲key為int類型的數(shù)據(jù),同時,SparseArray在存儲和讀取數(shù)據(jù)時候,使用的是二分查找法,我們可以看看:

public void put(int key, E value) {
     int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
 ...
 } 
public E get(int key, E valueIfKeyNotFound) {
   int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key); 
...
 }

也就是在put添加數(shù)據(jù)的時候,會使用二分查找法和之前的key比較當前我們添加的元素的key的大小,然后按照從小到大的順序排列好,所以,SparseArray存儲的元素都是按元素的key值從小到大排列好的。而在獲取數(shù)據(jù)的時候,也是使用二分查找法判斷元素的位置,所以,在獲取數(shù)據(jù)的時候非???,比HashMap快的多,因為HashMap獲取數(shù)據(jù)是通過遍歷Entry[]數(shù)組來得到對應的元素。
添加數(shù)據(jù)

public void put(int key, E value)

刪除數(shù)據(jù)

public void remove(int key)

or

public void delete(int key)

其實remove內(nèi)部還是通過調(diào)用delete來刪除數(shù)據(jù)的
獲取數(shù)據(jù)

public E get(int key)

or

public E get(int key, E valueIfKeyNotFound)

該方法可設(shè)置如果key不存在的情況下默認返回的value
特有方法
在此之外,SparseArray還提供了兩個特有方法,更方便數(shù)據(jù)的查詢:獲取對應的key:

public int keyAt(int index)

獲取對應的value:

public E valueAt(int index)

SparseArray應用場景:
雖說SparseArray性能比較好,但是由于其添加、查找、刪除數(shù)據(jù)都需要先進行一次二分查找,所以在數(shù)據(jù)量大的情況下性能并不明顯,將降低至少50%。
滿足下面兩個條件我們可以使用SparseArray代替HashMap:
數(shù)據(jù)量不大,最好在千級以內(nèi)
key必須為int類型,這中情況下的HashMap可以用SparseArray代替:

HashMap<Integer, Object> map = new HashMap<>();用SparseArray代替:SparseArray<Object> array = new SparseArray<>();

ArrayMap
這個api的資料在網(wǎng)上可以說幾乎沒有,然并卵,只能看文檔了ArrayMap是一個<key,value>映射的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它設(shè)計上更多的是考慮內(nèi)存的優(yōu)化,內(nèi)部是使用兩個數(shù)組進行數(shù)據(jù)存儲,一個數(shù)組記錄key的hash值,另外一個數(shù)組記錄Value值,它和SparseArray一樣,也會對key使用二分法進行從小到大排序,在添加、刪除、查找數(shù)據(jù)的時候都是先使用二分查找法得到相應的index,然后通過index來進行添加、查找、刪除等操作,所以,應用場景和SparseArray的一樣,如果在數(shù)據(jù)量比較大的情況下,那么它的性能將退化至少50%。
添加數(shù)據(jù)

public V put(K key, V value)

獲取數(shù)據(jù)

public V get(Object key)

刪除數(shù)據(jù)

public V remove(Object key)

特有方法
它和SparseArray一樣同樣也有兩個更方便的獲取數(shù)據(jù)方法:

public K keyAt(int index)public V valueAt(int index)

ArrayMap應用場景
數(shù)據(jù)量不大,最好在千級以內(nèi)
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型為Map類型

ArrayMap<Key, Value> arrayMap = new ArrayMap<>();

【注】:如果我們要兼容aip19以下版本的話,那么導入的包需要為v4包

import android.support.v4.util.ArrayMap;

總結(jié)
SparseArray和ArrayMap都差不多,使用哪個呢?假設(shè)數(shù)據(jù)量都在千級以內(nèi)的情況下:
1、如果key的類型已經(jīng)確定為int類型,那么使用SparseArray,因為它避免了自動裝箱的過程,如果key為long類型,它還提供了一個LongSparseArray來確保key為long類型時的使用
2、如果key類型為其它的類型,則使用ArrayMap

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