JAVA中BitSet

JAVA中BitSet就是“位图”数据结构,根据“位图”的语义,数据的存在性可以使用bit位上的1或0来表示;一个bit具有2个值:0和1,正好可以用来表示false和true。对于判断“数据是否存在”的场景,我们通常使用HashMap来存储,不过hashmap这个数据结构KEY和Value的保存需要消耗较多的内存,不适合保存较多的数据,即大数据场景;比如在有10亿条URL中判定一个“www.baidu.com/a”是否存在,如果我们使用常规的hashmap来保存将是不现实的,因为URL本身需要占据较多的内存而无法直接操作。如果我们使用bitset来保存,那么可以对一条URL求hashcode,并将数字映射在bitset上,那么事实上它只需要bitset上的一个bit位即可,即我们1位空间即可表达一个URL字符串的存在性。

所谓“存在性”,就是通过BitSet来检测一个数字是否存在。

bitset 原理

JAVA中,一个long型数字占用64位空间,根据上述“位图”的概念,那么一个long型数字(4个字节)就可以保存64个数字的“存在性”状态(无碰撞冲突时,即true、false状态)。比如50个数字{0,1,10,...63},判定“15”是否存在,那么我们通常会首先将这些数字使用数组或者hashmap保存,然后再去判定,那么保存这些这些数据需要占用64 * 64位;如果使用位图,那么一个long型数字即可。(如果换成50个字符串,那么其节约的空间可能更大)。

  1. BitSet只面向数字比较,比如set(int a,boolean value)方法,将数字a在bitSet中设定为true或者false;此后可以通过get(int a)方法检测结果。对于string类型的数据,如果像使用BitSet,那么可以将其hashcode值映射在bitset中。
  2. 首先我们需要知道:1,1<<64,1<<128,1<<192...等,这些数字的计算结果是相等的(位运算);这也是一个long数字,只能表达连续的(或者无冲突的)64个数字的状态,即如果把数字1在long中用位表示,那么数字64将无法通过同一个long数字中位表示--冲突;BitSet内部,是一个long[]数组,数组的大小由bitSet接收的最大数字决定,这个数组将数字分段表示[0,63],[64,127],[128,191]...。即long[0]用来存储[0,63]这个范围的数字的“存在性”,long[1]用来存储[64,127],依次轮推,这样就避免了位运算导致的冲突.
    |------------|----------|----------|----------|----------| | | 数字范围 [0,63] [64,127] [128,191] ... | |------------|----------|----------|----------|----------| | |long数组索引 0 1 2 ... | |------------|----------|----------|----------|----------|
  3. bitSet内部的long[]数组是基于向量的,即随着set的最大数字而动态扩展。数组的最大长度计算:
    (maxValue - 1) >> 6 + 1
  4. BitSet中set方法伪代码:
    public void set(int number){ int index = number >> 6;//找到number需要映射的数组的index if(index + 1 > length){ ensureCapacity(index + 1);//重新扩展long[]数组 } long[index] |= (1L << number);//冲突解决 }
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