数据结构HashMap（Android SparseArray 和ArrayMap）

HashMap也是我们使用非常多的Collection，它是基于哈希表的 Map 接口的实现，以key-value的形式存在。在HashMap中，key-value总是会当做一个整体来处理，系统会根据hash算法来来计算key-value的存储位置，我们总是可以通过key快速地存、取value。

HashMap

HashMap.java源码分析：
三个构造函数：
HashMap():默认初始容量capacity（16），默认加载因子factor（0.75）
HashMap(int initialCapacity)：构造一个带指定初始容量和默认加载因子 (0.75) 的空 HashMap。
HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)：构造一个带指定初始容量和加载因子的空 HashMap。

    /**     * Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity     * (16) and the default load factor (0.75).     */    public HashMap() {        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);    }    //构建自定义初始容量的构造函数,默认加载因子0.75的HashMap     public HashMap(int initialCapacity) {        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);    }    //构造一个带指定初始容量和加载因子的空 HashMap    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {    ...    ...    }

HashMap内部是使用一个默认容量为16的数组来存储数据的，而数组中每一个元素却又是一个链表的头结点，所以，更准确的来说，HashMap内部存储结构是使用哈希表的拉链结构（数组+链表），如图：
这种存储数据的方法叫做拉链法

且每一个结点都是Entry类型，那么Entry是什么呢？我们来看看HashMap中Entry的属性：

final K key; //key值V value; //value值HashMapEntry<K,V> next;//next下一个Entryint hash;//key的hash值

快速存取

put(key,value);

   public V put(K key, V value) {        if (table == EMPTY_TABLE) {//判断table空数组，            inflateTable(threshold);//创建数组容量为threshold大小的数组，threshold在HashMap构造函数中赋值initialCapacity（指定初始容量）;        }        //当key为null，调用putForNullKey方法，保存null与table第一个位置中，这是HashMap允许key为null的原因        if (key == null)            return putForNullKey(value);         int hash = sun.misc.Hashing.singleWordWangJenkinsHash(key); //计算key的hash值        int i = indexFor(hash, table.length); //计算key hash 值在 table 数组中的位置         //从i出开始迭代 e,找到 key 保存的位置        for (HashMapEntry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {            Object k;            //判断该条链上是否有hash值相同的(key相同)            //若存在相同，则直接覆盖value，返回旧value            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {                V oldValue = e.value;//旧值 = 新值                e.value = value;                e.recordAccess(this);                return oldValue;//返回覆盖后的旧值            }        }        //修改次数增加1        modCount++;        //将key、value添加至i位置处        addEntry(hash, key, value, i);        return null;    }

put过程分析：这篇文章http://www.cnblogs.com/chenssy/p/3521565.html总结的可以。

put过程结论：
当我们想一个HashMap中添加一对key-value时，系统首先会计算key的hash值，然后根据hash值确认在table中存储的位置。若该位置没有元素，则直接插入。否则迭代该处元素链表并依此比较其key的hash值。如果两个hash值相等且key值相等(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))),则用新的Entry的value覆盖原来节点的value。如果两个hash值相等但key值不等 ，则将该节点插入该链表的链头。

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {        //获取bucketIndex处的Entry        Entry<K, V> e = table[bucketIndex];        //将新创建的 Entry 放入 bucketIndex 索引处，并让新的 Entry 指向原来的 Entry         table[bucketIndex] = new Entry<K, V>(hash, key, value, e);        //若HashMap中元素的个数超过极限了，则容量扩大两倍        if (size++ >= threshold)            resize(2 * table.length);    }

这个方法中有两点需要注意：

一是链的产生。这是一个非常优雅的设计。系统总是将新的Entry对象添加到bucketIndex处。如果bucketIndex处已经有了对象，那么新添加的Entry对象将指向原有的Entry对象，形成一条Entry链，但是若bucketIndex处没有Entry对象，也就是e==null,那么新添加的Entry对象指向null，也就不会产生Entry链了。二、扩容问题。随着HashMap中元素的数量越来越多，发生碰撞的概率就越来越大，所产生的链表长度就会越来越长，这样势必会影响HashMap的速度，为了保证HashMap的效率，系统必须要在某个临界点进行扩容处理。该临界点在当HashMap中元素的数量等于table数组长度*加载因子。但是扩容是一个非常耗时的过程，因为它需要重新计算这些数据在新table数组中的位置并进行复制处理。所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

读取实现：get(key)
相对于HashMap的存而言，取就显得比较简单了。通过key的hash值找到在table数组中的索引处的Entry，然后返回该key对应的value即可。

public V get(Object key) {        // 若为null，调用getForNullKey方法返回相对应的value        if (key == null)            return getForNullKey();        // 根据该 key 的 hashCode 值计算它的 hash 码          int hash = hash(key.hashCode());        // 取出 table 数组中指定索引处的值        for (Entry<K, V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {            Object k;            //若搜索的key与查找的key相同，则返回相对应的value            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))                return e.value;        }        return null;    }

在不断的向HashMap里put数据时，当达到一定的容量限制时（这个容量满足这样的一个关系时候将会扩容：HashMap中的数据量>容量*加载因子，而HashMap中默认的加载因子是0.75），HashMap的空间将会扩大；扩大之前容量的2倍 ：resize（newCapacity）

int newCapacity = table.length;//赋值数组长度newCapacity <<= 1;//x2if (newCapacity > table.length)  resize(newCapacity);//调整HashMap大小容量为之前table的2倍

这也就是重点所在，为什么在Android上需要使用SparseArray和ArrayMap代替HashMap，主要原因就是Hashmap随着数据不断增多，达到最大值时，需要扩容，而且扩容的大小是之前的2倍.

SparseArray

SparseArray.java 源码
SparseArray比HashMap更省内存，在某些条件下性能更好，主要是因为它避免了对key的自动装箱（int转为Integer类型），它内部则是通过两个数组来进行数据存储的，一个存储key，另外一个存储value，为了优化性能，它内部对数据还采取了压缩的方式来表示稀疏数组的数据，从而节约内存空间，我们从源码中可以看到key和value分别是用数组表示：

private int[] mKeys;//int 类型key数组private Object[] mValues;//value数组

构造函数：
SparseArray():默认容量10；
SparseArray(int initialCapacity):指定特定容量的SparseArray

public SparseArray() {        this(10);    }public SparseArray(int initialCapacity) {        if (initialCapacity == 0) {//判断传入容量值            mKeys = EmptyArray.INT;            mValues = EmptyArray.OBJECT;        } else {//不为0初始化key value数组            mValues = ArrayUtils.newUnpaddedObjectArray(initialCapacity);            mKeys = new int[mValues.length];        }        mSize = 0;//mSize赋值0    }

从上面创建的key数组：SparseArray只能存储key为int类型的数据，同时，SparseArray在存储和读取数据时候，使用的是二分查找法；

/*** 二分查找，中间位置的值与需要查找的值循环比对* 小于：范围从mid+1 ~ h1* 大于：范围从0~mid-1* 等于：找到值返回位置mid*/static int binarySearch(int[] array, int size, int value) {        int lo = 0;        int hi = size - 1;        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 {                return mid;  // value found            }        }        return ~lo;  // value not present    }

SparseArray存取数据

SparseArray的put方法：

 public void put(int key, E value) {        int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);//二分查找数组mKeys中key存放位置，返回值是否大于等于0来判断查找成功        if (i >= 0) {//找到直接替换对应值            mValues[i] = value;        } else {//没有找到            i = ~i;//i按位取反得到非负数            if (i < mSize && mValues[i] == DELETED) {//对应值是否已删除，是则替换对应键值                mKeys[i] = key;                 mValues[i] = value;                return;            }            if (mGarbage && mSize >= mKeys.length) {//当mGarbage == true 并且mSize 大于等于key数组的长度                gc(); //调用gc回收                // Search again because indices may have changed.                i = ~ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);            }            //最后将新键值插入数组，调用 GrowingArrayUtils的insert方法：            mKeys = GrowingArrayUtils.insert(mKeys, mSize, i, key);            mValues = GrowingArrayUtils.insert(mValues, mSize, i, value);            mSize++;        }        }

下面进去看看 GrowingArrayUtils的insert方法有什么扩容的；

 public static <T> T[] insert(T[] array, int currentSize, int index, T element) {        assert currentSize <= array.length;        if (currentSize + 1 <= array.length) {//小于数组长度            System.arraycopy(array, index, array, index + 1, currentSize - index);            array[index] = element;            return array;          }        //大于数组长度需要进行扩容        T[] newArray = (T[]) Array.newInstance(array.getClass().getComponentType(),        growSize(currentSize));//扩容规则里面就一句三目运算：currentSize <= 4 ? 8 : currentSize * 2;（扩容2倍）        System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, index);        newArray[index] = element;        System.arraycopy(array, index, newArray, index + 1, array.length - index);        return newArray;    }

SparseArray的get（key）方法：

public E get(int key) {        return get(key, null);//调用get(key,null)方法    }public E get(int key, E valueIfKeyNotFound) {        int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);//二分查找key        if (i < 0 || mValues[i] == DELETED) {//没有找到，或者已经删除返回null            return valueIfKeyNotFound;        } else {//找到直接返回i位置的value值            return (E) mValues[i];        }    }

SparseArray在put添加数据的时候，会使用二分查找法和之前的key比较当前我们添加的元素的key的大小，然后按照从小到大的顺序排列好，所以，SparseArray存储的元素都是按元素的key值从小到大排列好的。
而在获取数据的时候，也是使用二分查找法判断元素的位置，所以，在获取数据的时候非常快，比HashMap快的多，因为HashMap获取数据是通过遍历Entry[]数组来得到对应的元素。

SparseArray应用场景：

虽说SparseArray性能比较好，但是由于其添加、查找、删除数据都需要先进行一次二分查找，所以在数据量大的情况下性能并不明显，将降低至少50%。

满足下面两个条件我们可以使用SparseArray代替HashMap：

• 数据量不大，最好在千级以内
• key必须为int类型，这中情况下的HashMap可以用SparseArray代替：

ArrayMap

ArrayMap是一个

public class ArrayMap<K, V> extends SimpleArrayMap<K, V> implements Map<K, V> {}

构造函数由父类实现：

    public ArrayMap() {        super();    }    public ArrayMap(int capacity) {        super(capacity);    }    public ArrayMap(SimpleArrayMap map) {        super(map);    }

HashMap内部有一个HashMapEntry[]对象，每一个键值对都存储在这个对象里，当使用put方法添加键值对时，就会new一个HashMapEntry对象，而ArrayMap的存储中没有Entry这个东西，他是由两个数组来维护的，mHashes数组中保存的是每一项的HashCode值，mArray中就是键值对，每两个元素代表一个键值对，前面保存key，后面的保存value。

 int[] mHashes;//key的hashcode值 Object[] mArray;//key value数组

SimpleArrayMap（）：创建一个空的ArrayMap，默认容量为0，它会跟随添加的item增加容量。
SimpleArrayMap(int capacity)：指定特定容量ArrayMap；
SimpleArrayMap(SimpleArrayMap map)：指定特定的map；

 public SimpleArrayMap() {        mHashes = ContainerHelpers.EMPTY_INTS;        mArray = ContainerHelpers.EMPTY_OBJECTS;        mSize = 0;    }    ...

ArrayMap 存取

ArrayMap 的put(K key, V value)：key 不为null

 /**     * Add a new value to the array map.     * @param key The key under which to store the value.  <b>Must not be null.</b>  If     * this key already exists in the array, its value will be replaced.     * @param value The value to store for the given key.     * @return Returns the old value that was stored for the given key, or null if there     * was no such key.     */public V put(K key, V value) {        final int hash;        int index;        //key 不能为null        if (key == null) { //key == null，hash为0             hash = 0;             index = indexOfNull();        } else {//获取key的hash值            hash = key.hashCode();            index = indexOf(key, hash);//获取位置        }        //返回index位置的old值        if (index >= 0) {            index = (index<<1) + 1;            final V old = (V)mArray[index];//old 赋值 value            mArray[index] = value;            return old;        }        //否则按位取反        index = ~index;        //扩容  System.arrayCopy数据        if (mSize >= mHashes.length) {            final int n = mSize >= (BASE_SIZE*2) ? (mSize+(mSize>>1))                    : (mSize >= BASE_SIZE ? (BASE_SIZE*2) : BASE_SIZE);            if (DEBUG) Log.d(TAG, "put: grow from " + mHashes.length + " to " + n);            final int[] ohashes = mHashes;            final Object[] oarray = mArray;            allocArrays(n);//申请数组            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);            }            freeArrays(ohashes, oarray, mSize);//重新收缩数组，释放空间        }        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);        }        //最后 mHashs数组存储key的hash值        mHashes[index] = hash;        mArray[index<<1] = key;//mArray数组相邻位置存储key 和value值        mArray[(index<<1)+1] = value;        mSize++;        return null;    }

从最后可以看出：ArrayMap的存储中没有Entry这个东西，他是由两个数组来维护的，mHashes数组中保存的是每一项的HashCode值，mArray中就是键值对，每两个元素代表一个键值对，前面保存key，后面的保存value。

ArrayMap 的get(Object key)：从Array数组获得value

  /**     * Retrieve a value from the array.     * @param key The key of the value to retrieve.     * @return Returns the value associated with the given key,     * or null if there is no such key.     */    public V get(Object key) {        final int index = indexOfKey(key);//获得key在Array的存储位置        return index >= 0 ? (V)mArray[(index<<1)+1] : null;//如果index>=0 取（index+1）上的value值，否则返回null（从上面put知道array存储是key（index） value（index+1）存储的）    }

ArrayMap 和 HashMap区别：

• 1.存储方式不同

HashMap内部有一个HashMapEntry[]对象，每一个键值对都存储在这个对象里，当使用put方法添加键值对时，就会new一个HashMapEntry对象ArrayMap的存储中没有Entry这个东西，他是由两个数组来维护的mHashes数组中保存的是每一项的HashCode值，mArray中就是键值对，每两个元素代表一个键值对，前面保存key，后面的保存value。

• 2.添加数据时扩容时的处理不一样

HashMap使用New的方式申请空间，并返回一个新的对象，开销会比较大ArrayMap用的是System.arrayCopy数据，所以效率相对要高。

• 3、ArrayMap提供了数组收缩的功能，只要判断过判断容量尺寸，例如clear，put，remove等方法，只要通过判断size大小触发到freeArrays或者allocArrays方法，会重新收缩数组，释放空间。

• 4、ArrayMap相比传统的HashMap速度要慢，因为查找方法是二分法，并且当你删除或者添加数据时，会对空间重新调整，在使用大量数据时，效率低于50%。可以说ArrayMap是牺牲了时间换区空间。但在写手机app时，适时的使用ArrayMap，会给内存使用带来可观的提升。ArrayMap内部还是按照正序排列的，这时因为ArrayMap在检索数据的时候使用的是二分查找，所以每次插入新数据的时候ArrayMap都需要重新排序，逆序是最差情况；

HashMap ArrayMap SparseArray性能测试对比（转载 ）

直接看：http://www.jianshu.com/p/7b9a1b386265测试对比

1.插入性能时间对比

数据量小的时候，差异并不大（当然了，数据量小，时间基准小，确实差异不大），当数据量大于5000左右，SparseArray，最快，HashMap最慢，乍一看，好像SparseArray是最快的，但是要注意，这是顺序插入的。也就是SparseArray和Arraymap最理想的情况。

倒序插入：数据量大的时候HashMap远超Arraymap和SparseArray，也前面分析一致。
当然了，数据量小的时候，例如1000以下，这点时间差异也是可以忽略的。

SparseArray在内存占用方面的确要优于HashMap和ArrayMap不少，通过数据观察，大致节省30%左右，而ArrayMap的表现正如前面说的，优化作用有限，几乎和HashMap相同。

2.查找性能对比

如何选择使用

• 1.在数据量小的时候一般认为1000以下，当你的key为int的时候，使用SparseArray确实是一个很不错的选择，内存大概能节省30%，相比用HashMap，因为它key值不需要装箱，所以时间性能平均来看也优于HashMap,建议使用！

• 2.ArrayMap相对于SparseArray，特点就是key值类型不受限，任何情况下都可以取代HashMap,但是通过研究和测试发现，ArrayMap的内存节省并不明显，也就在10%左右，但是时间性能确是最差的，当然了，1000以内的如果key不是int 可以选择ArrayMap。

参考：
Android内存优化（使用SparseArray和ArrayMap代替HashMap）
Java集合—HashMap源码剖析
http://www.cnblogs.com/chenssy/p/3521565.html

深入Java集合学习系列：HashMap的实现原理

SparseArray源码解析

HashMap，ArrayMap，SparseArray源码分析及性能对比

Android源码分析–ArrayMap优化