剖析HashMap和ArrayMap，诠释Android技术栈(五)
2023-09-15 16:00:12
Android技术栈(五)：剖析HashMap和ArrayMap，并介绍HashMap中的红黑树应用
前言
在Android开发中，HashMap和ArrayMap是两个重要的数据结构。HashMap是一种基于哈希表的键值对数据结构，具有快速查找和插入的特性，广泛应用于各种场合。ArrayMap则是Android平台特有的数据结构，它与HashMap类似，但具有更快的访问速度，适合于需要快速访问数据的场景。
本文将深入解析HashMap和ArrayMap，从基本概念、原理到源码实现，带你全面理解这两个重要的数据结构。同时，还将介绍红黑树在HashMap中的应用，为你揭开Android开发中的数据结构与算法之美。
HashMap概述
HashMap是一种基于哈希表的键值对数据结构，它将键映射到值，并允许快速查找和插入。HashMap的实现使用了数组和链表相结合的方式，其中数组存储键的哈希值，而链表则存储键值对。当插入一个新的键值对时，HashMap会计算键的哈希值，并将键值对存储在与该哈希值对应的链表中。当查找一个键时，HashMap会计算键的哈希值，并直接定位到与该哈希值对应的链表，然后遍历链表查找键值对。
HashMap的主要优点是查找和插入速度快，平均时间复杂度为O(1)。此外，HashMap还可以自动调整大小，以适应数据的增长和缩小。
ArrayMap概述
ArrayMap是Android平台特有的数据结构，它与HashMap类似，但具有更快的访问速度。ArrayMap的实现使用了数组的方式，其中每个元素都是一个键值对。当插入一个新的键值对时，ArrayMap会将其添加到数组的末尾。当查找一个键时，ArrayMap会遍历数组，直到找到与该键对应的键值对。
ArrayMap的主要优点是访问速度快，平均时间复杂度为O(1)。此外，ArrayMap还具有更小的内存占用，因为不需要使用链表来存储键值对。
HashMap和ArrayMap的比较
HashMap和ArrayMap都是重要的数据结构，但它们在性能、内存占用和适用场景方面存在一些差异。下表总结了HashMap和ArrayMap的主要区别：
| 特征 | HashMap | ArrayMap |
|---|---|---|
| 数据结构 | 数组 + 链表 | 数组 |
| 平均时间复杂度 | O(1) | O(1) |
| 内存占用 | 较大 | 较小 |
| 适用场景 | 需要快速查找和插入 | 需要快速访问 |
HashMap中的红黑树
在HashMap的实现中，使用了红黑树来平衡二叉树，以提高查找和插入的性能。红黑树是一种自平衡二叉查找树，它具有以下特性：
- 每个节点的颜色要么是红色，要么是黑色。
- 根节点是黑色的。
- 每个叶节点是黑色的。
- 每个红色节点的子节点都是黑色的。
- 从任何一个节点到叶节点的所有路径中，黑色节点的数量是相同的。
红黑树的插入和删除操作都可以在O(log n)的时间内完成，这使得它成为一种非常高效的数据结构。
HashMap源码解析
HashMap的源码位于java.util.HashMap类中，它是一个泛型类，可以存储任何类型的键和值。HashMap的构造函数有三个参数：
- initialCapacity：HashMap的初始容量。
- loadFactor：HashMap的负载因子，当HashMap的容量达到负载因子时，HashMap将自动调整大小。
- concurrencyLevel：HashMap的并发级别，它指定了HashMap可以同时被多少个线程并发访问。
HashMap的put()方法用于插入一个新的键值对，它的实现如下：
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
其中，hash()方法用于计算键的哈希值，putVal()方法用于将键值对插入到HashMap中。
HashMap的get()方法用于查找一个键对应的值，它的实现如下：
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
其中，getNode()方法用于查找一个键对应的节点，如果节点不存在，则返回null。
ArrayMap源码解析
ArrayMap的源码位于android.util.ArrayMap类中，它是一个泛型类，可以存储任何类型的键和值。ArrayMap的构造函数有两个参数：
- initialCapacity：ArrayMap的初始容量。
- comparator：ArrayMap的比较器，用于比较键的大小。
ArrayMap的put()方法用于插入一个新的键值对，它的实现如下：
public V put(K key, V value) {
int hash;
int index = indexOfKey(key, hash = key == null ? 0 : key.hashCode());
if (index >= 0) {
return setArrayMap(index, key, value);
}
index = ~index;
if (mSize >= mCapacity) {
resizeCapacity();
if (mCapacity == 0) {
createNewArrayMap(1);
}
index = indexOfKey(key, hash);
}
if (index < 0) {
index = ~index;
}
mHashes[index] = hash;
mArray[index] = key;
mValues[index] = value;
mSize++;
return null;
}
其中，indexOfKey()方法用于查找一个键在ArrayMap中的索引，如果键不存在，则返回-1。
ArrayMap的get()方法用于查找一个键对应的值，它的实现如下：
public V get(Object key) {
int index = indexOfKey(key);
return index >= 0 ? mValues[index] : null;
}
其中，indexOfKey()方法用于查找一个键在ArrayMap中的索引，如果键不存在，则返回-1。
结语
本文深入解析了HashMap和ArrayMap，从基本概念、原理到源码实现，带你全面理解这两个重要的数据结构。同时，还介绍了红黑树在HashMap中的应用，为你揭开Android开发中的数据结构与算法之美。希望本文能够帮助你更好地理解HashMap和ArrayMap，并在Android开发中合理使用它们。
