引言：
Map集合，以key-value形式存储的数据结构，是我们在Android开发过程中经常需要用到的。
除了java.util包下，为我们提供的HashMap是我们开发中经常使用的，Android也为我们提供了,两种以key-value形式存储的数据结构，一个是ArrayMap，一个是SparseArray。那么这三种Map集合我在日常的开发过程中该去如何抉择呢。
下面让我来从源代码的角度分析一下，这三种集合的实现方式和原理。
一.首先我们首先来看HashMap：
1.HashMap的put方法：
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
我们来分析一下上面的代码，当我们调用put方法的时候，实际上调用的是putVal()方法。在调用的putVal的时候我们调用了HashMap内部的hash方法来根据我们的key得到一个hash值。
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
当我第一次调用put方法的时候我们的table数组为null，putVal方法内部，会帮我们调用resize()方法帮我们生成一个默认大小的
数组。默认大小就是我们的DEFAULT_INITIAL_CAPACITY的值，为16。
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
数组初始化完成之后，会根据通过hash方法生成hash值与(n-1)做&运算计算出我们要存放数据的索引。n就是我们table的大小。
如果当前数组在这个索引没有值，则直接存储我们的value。如果当前数组在这个索引有值，三种情况去处理。
1.if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p;
如果当前索引存放的值的key的hash值等于我们现在put的key的hash值，并且我们的key和当前索引存放的值是相等的，那我们就覆盖当前索引的值。(HashMap 数据不会重复，是否存放的同一个对象是通过key去判断的)。
2.else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
如果当前储存的值是TreeNode(树节点)。代表出现了hash冲突，我们为当前树新增一个叶子节点存放我们的数据。
3.else { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } }
否则我们生成一个新的节点，存放在当前值的后面形成一个链表。如果链表的节点数量大于TREEIFY_THRESHOLD - 1
则调用treeifyBin(tab, hash);把当前链表构造成一个树，存放在当前数组的索引上。
分析到这我们可以得出结论，HashMap是使用的链地址法解决的Hash冲突，如果链表的节点个数过多,我们就链表结构转换为
树结构。
我们继续往下看
if (++size > threshold)
resize();
如果当前存储存储的值的个数，大于threshold，我们调用resize方法。我们的threshold值等于什么呢 等于我们当前数组大小乘以一个DEFAULT_LOAD_FACTOR(装填因子)，通过HashMap源码我们可以看到我们的DEFAULT_LOAD_FACTOR默认为0.75.
所以我们默认threshold为(int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)，等于12。
下面我们继续来分析resize()方法。
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
} else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
} else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
可以看到当我们的table数组存储的节点值大于threshold时,会按我们的当前数组大小的两倍生成一个新的数组，并把旧数组上的数据复制到新数组上这就是我们的HashMap扩容。伴随着一个新数组的生成和数组数据的copy，会有一定性能上的损耗。如果我们在使用HashMap的是能够明确HashMap能够一开始就清楚的知道HashMap存储的键值对个数，我建议我们使用HashMap的另一个构造方法。
public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); }
注意了这个initialCapacity值最好去2的整数次幂。如果我们要存放40个键值对，那我们这个initialCapacity最好传64。至于为什么这样，我们下次在去讨论。
下面我们来分析HashMap的get方法：
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
if ((e = first.next) != null) {
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
在get的时候，我们首先会根据我们的key去计算它的hash值，如果这个hash值不存在，我们直接反回null。
如果存在，在没有发生hash冲突的情况下也就是根据当前hash值计算出的索引上的存储数据不是以树和链表的形式存储的时候，我们直接返回当前索引上存储的值，如果时链表树，我们就去遍历节点上的数据通过equals去比对，找到我们需要的在返回。
通过上面我可以得出结论，当HashMap没有发生hash冲突时，hashMap的查找和插入的时间复杂度都是O(1),效率时非常高的。
当我们发生扩容和hash冲突时，会带来一定性能上的损耗。
HashMap大致分析完了。
下面我们来分析分析Android为我们提供的ArrayMap和SparseArray。
二.我们在来看看ArrayMap:
public class ArrayMap<K, V> extends SimpleArrayMap<K, V> implements Map<K, V> {
MapCollections<K, V> mCollections;
int[] mHashes;
Object[] mArray;
通过源码我们可以看到ArrayMap继承自SimpleArrayMap实现了Map接口,ArrayMap内部是两个数组，一个存放hash值，一个存放Obeject对象也就是value值，这一点就和HashMap不一样了。我们现来看看ArrayMap的构造方法：
public ArrayMap(int capacity) {
super(capacity);
}
public SimpleArrayMap() {
mHashes = ContainerHelpers.EMPTY_INTS;
mArray = ContainerHelpers.EMPTY_OBJECTS;
mSize = 0;
}
我们发现ArrayMap的初始化会给我们初始化两个空数组，并不像HashMap一样为我们默认初始化了一个大小为16的table数组，下面我们继续往下看：
public V put(K key, V value) {
final int osize = mSize;
final int hash;
int index;
if (key == null) {
hash = 0;
index = indexOfNull();
} else {
hash = key.hashCode();
index = indexOf(key, hash);
}
if (index >= 0) {
index = (index<<1) + 1;
final V old = (V)mArray[index];
mArray[index] = value;
return old;
}
index = ~index;
if (osize >= mHashes.length) {
final int n = osize >= (BASE_SIZE*2) ? (osize+(osize>>1))
: (osize >= 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);
if (CONCURRENT_MODIFICATION_EXCEPTIONS && osize != mSize) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
if (mHashes.length > 0) {
if (DEBUG) Log.d(TAG, "put: copy 0-" + osize + " to 0");
System.arraycopy(ohashes, 0, mHashes, 0, ohashes.length);
System.arraycopy(oarray, 0, mArray, 0, oarray.length);
}
freeArrays(ohashes, oarray, osize);
}
if (index < osize) {
if (DEBUG) Log.d(TAG, "put: move " + index + "-" + (osize-index)
+ " to " + (index+1));
System.arraycopy(mHashes, index, mHashes, index + 1, osize - index);
System.arraycopy(mArray, index << 1, mArray, (index + 1) << 1, (mSize - index) << 1);
}
if (CONCURRENT_MODIFICATION_EXCEPTIONS) {
if (osize != mSize || index >= mHashes.length) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
mHashes[index] = hash;
mArray[index<<1] = key;
mArray[(index<<1)+1] = value;
mSize++;
return null;
}
我们先看看put方法的实现。首先就是判段key是否null，是null，hash值直接置为0，如果不为null，通过Obejct的hashCode()方法计算出hash值。然后通过indexfOf方法计算出index的值。下面我们来看看indexOf方法：
int indexOf(Object key, int hash) {
final int N = mSize;
// Important fast case: if nothing is in here, nothing to look for.
if (N == 0) {
return ~0;
}
int index = binarySearchHashes(mHashes, N, hash);
// If the hash code wasn‘t found, then we have no entry for this key.
if (index < 0) {
return index;
}
// If the key at the returned index matches, that‘s what we want.
if (key.equals(mArray[index<<1])) {
return index;
}
// Search for a matching key after the index.
int end;
for (end = index + 1; end < N && mHashes[end] == hash; end++) {
if (key.equals(mArray[end << 1])) return end;
}
// Search for a matching key before the index.
for (int i = index - 1; i >= 0 && mHashes[i] == hash; i--) {
if (key.equals(mArray[i << 1])) return i;
}
// Key not found -- return negative value indicating where a
// new entry for this key should go. We use the end of the
// hash chain to reduce the number of array entries that will
// need to be copied when inserting.
return ~end;
}
我们可以看到indexOf方法内部是根据binarySearchHashes()去搜索hash值得，下面我们再来看看binarySearchHashes()
内部调用了ContainerHelpers.binarySearch(hashes, N, hash);我们在看来看看binarySearch方法。
static int binarySearch(int[] array, int size, int value) {
int lo = 0;
int hi = size - 1;
while (lo <= hi) {
int mid = (lo + hi) >>> 1;
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
}
可以发现binarySearch是典型得二叉搜索算法。所以我们可以得出结论，ArrayMap插入和索引是基于二叉搜索实现得。这种搜索得效率也很高，他的时间复杂度O(log(n))，但是和HashMap O(1)还是有点差距的。
下面我们继续看indexOf方法，如果我们通过二叉搜索查到得index值小于0，代表我们没有存储过该数据则直接返回，如果index大于0，我们就去通过equals去比对原来索引得上得key，如果相等，代表我们存储过该值，直接返回index，到时候我们存储的时候会直接覆盖掉当前已经存储得值。如果不相等，出现Hash冲突，重新计算出一个index值返回。
下面我们来看看ArrayMap如何处理Hash冲突和扩容的(我们没有指定容量的时候，ArrayMap默认初始化了两个空数组)。
if (osize >= mHashes.length)
出现hash冲突后，如果我们的存储数据数量大小已经大于等于我们的hash数组的大小。我们对数组进行扩容。
final int n = osize >= (BASE_SIZE*2) ? (osize+(osize>>1))
: (osize >= BASE_SIZE ? (BASE_SIZE*2) : BASE_SIZE);
if (mHashes.length > 0) {
if (DEBUG) Log.d(TAG, "put: copy 0-" + osize + " to 0");
System.arraycopy(ohashes, 0, mHashes, 0, ohashes.length);
System.arraycopy(oarray, 0, mArray, 0, oarray.length);
}
如果我们的osize(已经存储的多少value个数)大于等于两倍的BASE_SIZE(常量为4)我们就在原来osize的基础上扩容0.5倍，
如果我们的osize小于8(两个BASE_SIZE)并且大于4（一个BASE_SIZE），我们将数组扩容到8，否则我们将数组大小扩容到4。
根据上面的分析，我们可以得出结论，ArrayMap的插入和索引是基于二分法的。查找和索引效率不如HashMap。但是要比HashMap占用更少的内存空间，HashMap扩容实是在原来起table的基础上扩容一倍，而ArrayMap实在存储数据的个数上扩容0.5倍，不会造成太多的空间浪费。在移动设备上内存远比PC设备上值钱的多。ArrayMap的设计就是用时间换取空间。
三.SparseArray：
public SparseArray() {
this(10);
}
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;
}
public void put(int key, E value) {
int i = ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
if (i >= 0) {
mValues[i] = value;
} else {
i = ~i;
if (i < mSize && mValues[i] == DELETED) {
mKeys[i] = key;
mValues[i] = value;
return;
}
if (mGarbage && mSize >= mKeys.length) {
gc();
// Search again because indices may have changed.
i = ~ContainerHelpers.binarySearch(mKeys, mSize, key);
}
mKeys = GrowingArrayUtils.insert(mKeys, mSize, i, key);
mValues = GrowingArrayUtils.insert(mValues, mSize, i, value);
mSize++;
}
}
从SparseArray构造方法我们可以看出，SparseArray只允许我们存储key为int型的数据，在初始化默认会给我们初始化两个大小
都为10数组，一个存放key值，一个存放value(和ArrayMap值)。在分析get方法，我们发现SparseArray和ArrayMap一样，都是
基于二分法来插入和索引的。和ArrayMap不同的时，SparseArray把扩容操作交给了GrowingArrayUtils的insert方法。
public static <T> T[] insert(T[] array, int currentSize, int index, T element) {
assert currentSize <= array.length;
if (currentSize + 1 <= array.length) {
System.arraycopy(array, index, array, index + 1, currentSize - index);
array[index] = element;
return array;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
T[] newArray = ArrayUtils.newUnpaddedArray((Class<T>)array.getClass().getComponentType(),
growSize(currentSize));
System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, index);
newArray[index] = element;
System.arraycopy(array, index, newArray, index + 1, array.length - index);
return newArray;
}
public static int growSize(int currentSize) {
return currentSize <= 4 ? 8 : currentSize * 2;
}
可以看到当currentSize(当前存储的值的个数)小于等于4的时候，扩容至8，否则扩容至两倍的currentSize。
好了到这里，HashMap，ArrayMap，SparseArray的源码我们已经分析完了。下面我们来做一个总结。
四.结论
HashMap ArrayMap SparseArray
初始化 初始化默认大小16的table数组 初始化两个空数组(一个存放hash值，一个存放value) 初始化大小为10的两个数组(一个存放key值，一个存放value)
查找和删除
散列表
不发生hash冲突时O(1)
二分法 O(logN) 二分法 O(logN)
插入数据要求
任意对象
key值能为null
任意对象key
值能为null
key值只能为int
扩容
table的两倍
（最好为2的整数次幂）
4，8，或者已存储数据个数的1.5倍 8，或者已存储数据个数的2倍.
解决hash冲突 链地址法，链表过长转为红黑树
出现冲突
根据hash值重新计算出一个index
不会出现hash冲突。因为key值为int。如果int值重复直接覆盖原始索引上的数据。
在Android开发中，如果我们明确了自己要存储的数据的个数，使用这个三个数据结构的时候，最好在初始化的时候，传递一个大小，这样可以有效的避免因为存储数据的增多，导致数组扩容带来的性能上的损耗。
如果我们要存储的数据不多，查找和插入使用二分法效率可以接受得话，我建议我们使用ArrayMap代替HashMap存储，因为HashMap的内存占用要比ArrayMap多的多。在移动设备上内存比那么一点点的性能来重要的多。
如果我们要存储的数据的key值为int,那我们最好使用SparseArray,SparseArray也是基于二分法来插入和索引的，数据量不大的情况下，查找和插入的效率也很高，不要用ArrayMap,HashMap，ArrayMap,HashMap如果要存储int类型的key涉及到拆装箱的操作，会有一定性能损耗。
如果我们要存储的数据量很大，涉及频繁的插入和读取，我建议我们使用HashMap，因为HashMap的查找效率是最高的，在不发生hash冲突的情况下时间复杂度是O(1)。
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