数据结构和算法优化

2021-04-29  本文已影响0人  森屿暖茶

APP的优化是任重而道远的过程,必须在意每一个环节,否者当你想要优化的时候,发现到处都是坑,已经不知道填补哪里了,所以我们必须一点一滴的做起。

数据结构和算法优化

能带来什么好处呢?他能使得你程序获得数据更快,内存占用更合理。最终体现为响应快内存占用小。

我们先看常见的数据结构类型特点

数组: 一片物理上连续的大小确定的储存空间 。int[num]

顺序表:物理上连续、逻辑上连续、大小可以动态增加。ArrayList(查找快,添加删除慢)

链表:物理上不连续、逻辑上连续、可以动态增加和删除节点。LinkedList(查找慢只能轮寻,增加删除快)

物理上连续:数组或者链表在初始化的时候,会申请分配内存空间:只要存储空间足够你申请的大小就分配给你初始化(物理不连续);必须要连续的存储空间,我才给你分配,否则失败(物理上连续)

那么有没有继承纯虚标和链表的2个有点的数据结构呢?HashMap!     

HashMap

它是由数组和链表结合组成。(HashMap:JDK1.7之前 24 之前: 数组+ 链表; HashMap:JDK1.8 之后:  数组+ 链表 + 红黑树)

下面是HashMap结构图

它是怎么操作的呢?为什么他能同时拥有顺序表和链表的优点呢?  搞清它的实现方式,我们就可以知道了, 大致可以分为以下的步骤。

①put方法,传入object和value,通过hash运算得到一个int类型的hashcode,这里假设为X(后续X为这个hashcode)。

②hashmap内部是有一个table数组+链表形成的。我们拿到这个X后,使用X/table.length(hashcode值/table[].length),得到一个小于table.length的值M,该值就是这个value应该放置的数组位置。我们准备把value放入table[M]中。

③我们把hashcode和value打包为一个node节点(为什么需要这么打包后续会提到),准备存入table[M]中。

④出入table数组的链表中有2种方式:

前插方式:不管数组table[M]节点有值与否,都把这个准备插入的node节点作为数组的根节点。可能出现2种情况:

(1)如果table[M]节点没有值,则node节点作为数组的根节点。

(2)如果table[M]节点已存在数据链表,就把这些数据链表,链到这个准备插入的node节点上,以弄得节点为根节点放入table[M中]。

后插方式:可能会出现的2种情况

  (1)   如果table[M]节点没有值,则node节点作为数组的根节点。

(2)如果table[M]节点已存在数据链表,则把node节点链到该数据链表的最后一个节点上。

经历以上4个步骤就完成了hashmap的插入操作,现在解释一下为什么要打包为node节点。

举个栗子,假如hashmap.length=16,我们准备存入ObjectA(OA)和ObjectB(OB),假设OA经过hash运算得到的hashcode是1,OB经过hash运算得到hashcode是17,OA和OB进行求模运算结果都为1,链到链表上时,我们get方法的时候怎么取到正确的值呢,因为链表上的模运算都是1.这个时候我们就需要通过hashcode来识别这个链表上的哪个值是OA的value哪个是OB的value,因为我们已经把hashcode和value打包起来了。

补充

hashmap的table数组的大小事是2的次幂(不要问为什么,源码定的,他们肯定经过大量的统计或者运算,这是科学)。table数组默认的长度是16,也就是说你new一个空的hashmap长度为16,当然也提供了一个给你设置长度的方法,但是假如你设置17,则长度会为32,这不难理解。

hash碰撞

hash碰撞就是,假如OA、OB...ON经过模运算得到的数组位置相同,那么他们都会挂在这个数组节点的链表上,极端情况想整个hashmap看起来像单链表。但这种情况这并不是我们想要的结果。我们可以通过扩容来尽可能的避免hash碰撞。

扩容:(意义,在于避免大量的hash碰撞,因为在某些极端情况下,有点像单链表)

阈值:阈值=table.length*DEFAULT_LOAD_FACTOR(扩容系数,默认为0.75,也可以自己设定,一般不做修改)

hashmap定义:当hashmap中的元素个数超过阈值大小时,我们就需要对table数组进行2倍扩容,如从16→32。

注意:扩容后hashmap会调用resize(),对hashmap内的数据重新计算所有元素的位置。因为假如你之前17/16=1,现在17/32=17,你的位置发生变化了。

缺点

hashMap因为有阈值的扩容机制,所以一定会有空间浪费,比如0.75的时候,一定有25%空间被浪费掉了。空间换时间。

hashmap是线程不安全的。因为可能在一个线程扩容(resize()方法执行)的情况下,另外一个线程在get,但是拿不到之前的数据了,因为扩容。所以是线程不安全的。或者线程扩容(resize()方法执行时,多线程进行put的时候导致的多线程数据不一致。

如何线程安全的使用HashMap?使用使用锁分段技术或者使用HashTable(Hashtable的方法是Synchronize的,而HashMap不是,其实也就是锁机制起作用)。

SparseArray(Android为了优化内存所提供的api)

特性:key为int,value为object,二分查找的思想,双数组,删除的时候节点不删除,而是把value删除,避免删除的时候数组还要移动。

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。

为什么是能够进行二分查找呢?从源码上看key和value分别是用int类型数组和object数组表示,所以这也是SparseArray的局限性。

 private int[] mKeys;

 private Object[] mValues;

为什么说SparseArray比HashMap更省内存,在某些条件下性能更好?

因为SparseArray有以下一个特性,首先它是2个数组,在数据查找的时候无疑会比hashmap快很多,其次在删除的时候,SparseArray并不会把数组key位置进行删除,而是把key的索引value置位DELETE标志(这样就避免了数组delete操作后的arraycopy的操作)。当我们下次进行插入的时候,若要插入的位置key的索引value为DELETE标志,则把数据覆盖给value(只是经历了set操作,并无其他操作)。否则进行add操作(包含arraycopy)。

所以经过以上的情况,我们可以看出,SparseArray相对于HashMap,会越用越快。

缺点

(1)SparseArray仅仅能存储key为int类型的数据。

(2)插入操作需要复制数组,增删效率降低 数据量巨大时,复制数组成本巨大,gc()成本也巨大。

(3)数据量巨大时,查询效率也会明显下降。

(4)线程不安全问题,类似hashmap

一般我们在满足下面两个条件我们可以使用SparseArray代替HashMap:

(1)数据量不大,最好在千级以内

(2)key必须为int类型,这中情况下的HashMap可以用SparseArray代替:

ArrayMap(Android为了优化内存所提供的api)

ArrayMap和SparseArray差不多,不同的是key类型可以是object类型。

ArrayMap的2个数组,一个数组记录key的hash值,另外一个数组记录Value值。其他存储方式和运行思想和SparseArray一致。

线程不安全:hashmap、ArrayMap、SparseArray

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