本篇文章来自叶志陈的投稿，分享了他对SparseArray的相关理解，相信会对大家有所帮助！同时也感谢作者贡献的精彩文章。

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/   前言   /

使用Android Studio作为IDE的开发者可能会遇到一个现象，就是在代码中如果声明了Map<Integer, Object>类型的变量的话，Android Studio会提示：Use new SparseArray<Object>(...) instead for better performance ...，意思就是用SparseArray<Object>性能更优，可以用来替代HashMap。这里就来介绍下SparseArray的内部原理。

/   正文   /

基本概念

先看下SparseArray的使用方式：

SparseArray
    
      sparseArray = new SparseArray<>(); sparseArray.put(100, "leavesC"); sparseArray.remove(100); sparseArray.get(100); sparseArray.removeAt(29);
    

SparseArray< E >相当于Map< Integer,E > ，key值固定为int类型，在初始化时只需要声明Value的数据类型即可，其内部用两个数组分别来存储Key列表和Value列表：int[] mKeys和Object[] mValues。

mKeys和mValues通过如下方式对应起来：

• 假设要向SparseArray存入key为 10，value为200的键值对，则先将10存到mKeys中，假设 10 在mKeys中对应的索引值是index ，则将value存入 mValues[index]中

• mKeys中的元素值按照递增的形式存放，每次存放新的键值对时都通过二分查找方法来对mKeys进行排序

最重要的一点就是SparseArray避免了Map每次存取值时的装箱拆箱操作，Key值都是基本数据类型int，这有利于提升性能。

全局变量

布尔变量mGarbage也是SparseArray的一个优化点之一，用于标记当前是否有待垃圾回收(GC)的元素，当该值被置为true时，即意味着当前状态需要进行垃圾回收，但回收操作并不马上进行，而是在后续操作中再统一进行。

   //数组元素在没有外部指定值时的默认元素值     private static final Object DELETED = new Object();     //用于标记当前是否有待垃圾回收(GC)的元素     private boolean mGarbage = false;     private int[] mKeys;     private Object[] mValues;     //当前集合元素大小     //该值并不一定是时时处于正确状态，因为有可能出现只删除 key 和 value 两者之一的情况     //所以在调用 size() 方法前都需要进行 GC     private int mSize;

构造函数

key数组和value数组的默认大小都是10，如果在初始化时已知数据量的预估大小，则可以直接指定初始容量，这样可以避免后续的扩容操作。

public SparseArray(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity == 0) {
            mKeys = EmptyArray.INT;         mValues = EmptyArray.OBJECT;     } else {
            mValues = ArrayUtils.newUnpaddedObjectArray(initialCapacity);         mKeys = new int[mValues.length];     }     mSize = 0; }

添加元素

添加元素的方法有几个，主要看put(int key, E value)方法，当中用到了ContainerHelpers类提供的二分查找方法：binarySearch，用于查找目标key在mKeys中的当前索引（已有改key）或者是目标索引（没有该key）。

binarySearch方法的返回值分为两种情况：

1. 如果mKeys中存在对应的key，则直接返回对应的索引值

2. 如果mKeys中不存在对应的key

2.1 假设mKeys中存在值比key大且大小与key最接近的值的索引为presentIndex，则此方法的返回值为~presentIndex。

2.2 如果mKeys中不存在比key还要大的值的话，则返回值为~mKeys.length。

   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     }

可以看到，即使在 mKeys 中不存在目标 key，但其返回值也指向了应该让 key 存入的位置。通过将计算出的索引值进行 ~ 运算，则返回值一定是 0 或者负数，从而与“找得到目标key的情况（返回值大于0）”的情况区分开。

从这个可以看出该方法的巧妙之处，单纯的一个返回值就可以区分出多种情况，且通过这种方式来存放数据可以使得 mKeys 的内部值一直是按照值递增的方式来排序的。

    public void put(int key, E value) {
            //用二分查找法查找指定 key 在 mKeys 中的索引值         int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);         //找得到则直接赋值         if (i >= 0) {
                mValues[i] = value;         } else {
                i = ~i;             //如果目标位置还未赋值，则直接存入数据即可，对应的情况是 2.1             if (i < mSize && mValues[i] == DELETED) {
                    mKeys[i] = key;                 mValues[i] = value;                 return;             }             //以下操作对应 2.1、2.2 两种情况：             if (mGarbage && mSize >= mKeys.length) {
                    gc();                 //GC 后再次进行查找，因为值可能已经发生变化了                 i = ~ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);             }             //通过复制或者扩容数组，将数据存放到数组中             mKeys = GrowingArrayUtils.insert(mKeys, mSize, i, key);             mValues = GrowingArrayUtils.insert(mValues, mSize, i, value);             mSize++;         }     }

移除元素

上文说了，布尔变量mGarbage用于标记当前是否有待垃圾回收(GC)的元素，当该值被置为true时，即意味着当前状态需要进行垃圾回收，但回收操作并不马上进行，而是在后续操作中再完成。以下几个方法在移除元素时，都是只切断了mValues中的引用，而mKeys并没有进行回收，这个操作会留到gc()进行处理。

  //如果存在 key 对应的元素值，则将其移除     public void delete(int key) {
            //用二分查找法查找指定 key 在 mKeys 中的索引值         int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);         if (i >= 0) {
                if (mValues[i] != DELETED) {
                    mValues[i] = DELETED;                 //标记当前需要进行垃圾回收                 mGarbage = true;             }         }     }     //和 delete 方法基本相同，差别在于会返回 key 对应的元素值     public E removeReturnOld(int key) {
            int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);         if (i >= 0) {
                if (mValues[i] != DELETED) {
                    final E old = (E) mValues[i];                 mValues[i] = DELETED;                 mGarbage = true;                 return old;             }         }         return null;     }     //省略其它几个比较简单的移除元素的方法

查找元素

查找元素的方法较多，但逻辑都是挺简单的。

    //根据 key 查找相应的元素值，查找不到则返回默认值     @SuppressWarnings("unchecked")     public E get(int key, E valueIfKeyNotFound) {
            //用二分查找法查找指定 key 在 mKeys 中的索引值         int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);         //如果找不到该 key 或者该 key 尚未赋值，则返回默认值         if (i < 0 || mValues[i] == DELETED) {
                return valueIfKeyNotFound;         } else {
                return (E) mValues[i];         }     }     //根据 value 查找对应的索引值     public int indexOfValue(E value) {
            if (mGarbage) {
                gc();         }         for (int i = 0; i < mSize; i++) {
                if (mValues[i] == value) {
                    return i;             }         }         return -1;     }     //与 indexOfValue 方法类似，但 indexOfValue 方法是通过比较 == 来判断是否同个对象     //而此方法是通过 equals 方法来判断是否同个对象     public int indexOfValueByValue(E value) {
            if (mGarbage) {
                gc();         }         for (int i = 0; i < mSize; i++) {
                if (value == null) {
                    if (mValues[i] == null) {
                        return i;                 }             } else {
                    if (value.equals(mValues[i])) {
                        return i;                 }             }         }         return -1;     }     //省略其它几个方法

垃圾回收

因为SparseArray中可能会出现只移除value和value两者之一的情况，导致数组中存在无效引用，因此gc()方法就用于移除无效引用，并将有效的元素值位置合并在一起。

   private void gc() {
            int n = mSize;         //o 值用于表示 GC 后的元素个数         int o = 0;         int[] keys = mKeys;         Object[] values = mValues;         for (int i = 0; i < n; i++) {
                Object val = values[i];             //元素值非默认值 DELETED ，说明该位置可能需要移动数据             if (val != DELETED) {
                    //以下代码片段用于将索引 i 处的值赋值到索引 o 处                 //所以如果 i == o ，则不需要执行代码了                 if (i != o) {
                        keys[o] = keys[i];                     values[o] = val;                     values[i] = null;                 }                 o++;             }         }         mGarbage = false;         mSize = o;     }

/   结语   /

从上文的解读来看，SparseArray的主要优势有以下几点：

• 避免了基本数据类型的装箱拆箱操作

• 和Map每个存储结点都是一个类对象不同，SparseArray不需要用于包装的的结构体，单个元素的存储成本更加低廉

• 在数据量不大的情况下，查找效率较高（二分查找法）

• 延迟了垃圾回收的时机，只在需要的时候才一次进进行

劣势有以下几点：

• 插入新元素可能会导致移动大量的数组元素

• 数据量较大时，查找效率（二分查找法）会明显降低

SparseArray.java的完整详细源码注解地址如下：

https://github.com/leavesC/JavaKotlinAndroidGuide/blob/master/android_collections/SparseArray.java

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