安卓中扩展数据结构的探究解析

数据结构是编程工作的一项基本功，虽然现在很多应用程序的开发工作不会涉及数据结构的设计和实现，但是往往绕不开数据结构的使用，特别在一些特殊需求下，对数据结构的理解显得更为重要。

安卓应用的开发自然也会涉及一些数据结构的使用，由于其开发语言是Java，大体上来说，数据结构的很多使用场景仍在Java的集合框架之内。不过安卓自有其特殊的地方，在这些场景下，源码中是扩展了一些数据结构来进行优化，但还是基于Java集合接口的。这里，先来看看安卓几个特殊的地方。

1. 安卓基于Linux系统，是一个多任务多进程的系统，其系统结构采用了分层组件化设计，这就造就了安卓中进程通信(IPC)的频繁。进程通信传递数据，有两种比较常见的方式，一是通过内存数据共享，另一个是通过磁盘IO进行数据共享，磁盘IO速度慢于内存数据传递。安卓系统基于内存数据传递设计，内存对于安卓系统的重要性不言而喻，频繁的进程通信应该对内存比较友好才对，也就是说，安卓进程通信用到的数据应该比较节省内存。通过对安卓IPC的简单分析可以知道，安卓IPC的传递数据主要涉及Parcel和Parcelable两个类。

2. 组件通信，安卓系统有四大组件，组件间和组件内的通信是每个安卓开发童鞋都会碰到到的情况，这种通信可通过内存数据传递(表现为‘引用数据类型对象’实现Parcelable接口)，也可通过磁盘IO传递(也会使用内存哦，表现为‘引用数据类型对象’实现Serializable接口)，当然，鉴于速度和内存考虑，安卓推荐优先使用内存数据传递，即组件之间传递非基本类型数据时，采用实现Parcelable接口的方式。另外，在传递基本数据类型方面，安卓推荐使用Bundle对象。

3. 缓存设计，安卓应用的良好体验离不开缓存的设计，官方比较推荐的缓存算法是最近最少使用原则，也就是LruCache这个类的设计理念，这个类也是安卓场景下扩展的一种数据结构。

上述主要分析了安卓开发常见的几种对数据结构有所要求的场景，主要涉及4个类，分别是：
- Parcel
- Parcelable
- Bundle
- LruCache

上面的这几个类都可以认为是安卓扩展的数据结构（也可认为是一些基本数据结构的封装），接下来将分析这些数据类与常规数据结构有什么关联，以及这些数据类如何达到场景/开发要求的。

1. Parcelable

一个专门的接口，专为那些对象可以被写入/读取自 Parcel 这个数据容器的类而设计，实现Parcelable接口必须有个非空，静态的成员变量Creator，其实现Parcelable.Creator接口。

主要方法：
- public void writeToParcel(Parcel dest, int flags);
提供数据写入Parcel操作；
- public T createFromParcel(Parcel source);
Creator的方法，提供数据从Parcel中取出

整体上来说，该接口就是内存级别的数据序列化的抽象。

2. Parcel

职责上来说，Parcel就是个消息容器，安卓IPC过程通过IBinder机制进行，其中的数据，就是通过Parcel传递。这个容器里面可以盛放基本数据类型和引用数据类型，Parcel传递这些数据就类似于邮局快递包裹，一端打包，另一端拆包，包里面可以放很多类型的东西。另外，Parcel里也可以存放IBinder存活的对象，只是在接收方，会接收到这个IBinder对象的代理，有点远程代理的味道。

Parcel是为高性能IPC而设计的，而并不是为持久存储设计，因此，应该避免将parcel数据进行持久化。在Java空间和C++都实现了Parcel，由于它在C/C++中，直接使用了内存来读取数据，效率较高。不过呢，本篇主要着眼于数据结构方面，只挖一下在这方面Parcel的实现吧。

当涉及少量数据传递，特别是基本数据类型传递时，并不涉及数据结构，所以关于读写基本数据(及其数组)的方法如writeByte，readByte，writeDouble，readDouble，writeFloat，readFloat，writeInt，readInt，writeLong，readLong，writeString，readString等就不再分析了。重点是涉及较多数据读写时的实现方式。

• 普通表容器的数组方面，Parcel并没做特别的处理，基本采用的就是Java集合现有的实现方式；
• Map方面，Parcel推荐使用另一种容器–Bundle，这点在源码中是有所体现的。

看来，Parcel在数据结构方面的实现，需要通过Bundle这个类来研究了。

3. Bundle

一种特殊的类型安全容器，可以存放任意类型的键值对数据（包括实现了Parcelable和Serializable接口的数据），这个容器在数据读写(Parcel)方面做了很多优化，具有很好的性能，而且这个容器的 类型安全API可以有效防止在将数据传入Parcel时出现类型错误。因此，在组件间传递数据时，更推荐实现接口Parcellable的方式。

也就是说，Bundle这个类有两个主要职责：

1）性能优化过的map容器； 2)为数据转入/转出Parcel提供了途径。

Bundle继承自BaseBundle，BaseBundle为刚才提到的Bundle的两个职责提供了基本的实现。BaseBundle是一个封装过的容器，其真正的内部实现是ArrayMap，这个类是与HashMap同等级别的数据结构。

ArrayMap的内部实现是维护两个数组，一个int数组是存储key的hash，另一个数组按相邻方式保存key和value。实现思路是，使用二分查找法在hash数组里找寻新key的hash对应的索引，若找到，则由此索引，在另一个数组里放入数据的key和value（若找不到，则将hash插入hash数组，得到新数组，必要时扩容，hash数组是要排序的）。在添加、删除、查找数据的时候，都会使用此类方式，带来一定的速度损耗，不过对于小数量（几百个元素）的操作，这个损耗并不明显。而HashMap内部则是数组+链表结构，其内部会维护很多HashEntryMap对象，所以HashMap比ArrayMap占用更多的内存，而其速度优势，在小数量下并不明显。可以说，ArrayMap是安卓专为小数据量传递的省内存版本。在IPC和组件进行数据传递时，ArrayMap要比HashMap等数据结构更为有优势。

相似的数据结构有：SparseArray,ArraySet等。

4. LruCache

最后是缓存方面的应用。LruCache基于LRU的基本概念，为了达到按近期最少使用排序，源码选择了LinkedHashMap来作为LruCache的存储容器。

LinkedHashMap继承自HashMap、底层使用哈希表与双向循环链表来保存所有元素以及元素的顺序，包括元素的插入顺序或者元素的访问数据。其基本操作与父类HashMap相似，它通过重写父类相关的方法，来实现自己的链接列表特性。

对于LruCache来说，它通过LinkedHashMap记录元素了的访问顺序，并将最近访问的元素置于链表的末尾，使得当缓存空间紧张时，迭代删除的都是最近使用最少的元素。另外LruCache也有一些其它操作，比如缓存大小控制，记录访问次数，失败次数等等。

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参考文档
- 当然是安卓源码
- Android中Serializable和Parcelable序列化对象详解
- LRUCache 详解
- 其它一些博客，争议的点比较多，就不列举了。