Java BitSet使用場景和示例

閱讀目錄

• 一、什麼是BitSet？
• 二、Java BitSet實現原理
• 三、使用場景
• 四、參考資料

一、什麼是BitSet？

　　注：以下內容來自JDK API:

　　BitSet類實現了一個按需增長的位向量。位Set的每一個組件都有一個boolean值。用非負的整數將BitSet的位編入索引。可以對每個編入索引的位進行測試、設置或者清除。通過邏輯與、邏輯或和邏輯異或操作，可以使用一個 BitSet修改另一個 BitSet的內容。 

　　默認情況下，set 中所有位的初始值都是false。 

　　每個位 set 都有一個當前大小，也就是該位 set 當前所用空間的位數。注意，這個大小與位 set 的實現有關，所以它可能隨實現的不同而更改。位 set 的長度與位 set 的邏輯長度有關，並且是與實現無關而定義的。 

二、Java BitSet實現原理

　　在java中，BitSet的實現位於java.util包中：

public class BitSet implements Cloneable, java.io.Serializable 
{
    private final static int ADDRESS_BITS_PER_WORD = 6;
    private final static int BITS_PER_WORD = 1 << ADDRESS_BITS_PER_WORD;
    private final static int BIT_INDEX_MASK = BITS_PER_WORD - 1;

    /* Used to shift left or right for a partial word mask */
    private static final long WORD_MASK = 0xffffffffffffffffL;

    private static final ObjectStreamField[] serialPersistentFields =
     {
        new ObjectStreamField("bits", long[].class),
    };

    /**
     * The internal field corresponding to the serialField "bits".
     */
    private long[] words;
    
    .....
}

　　可以看到，BitSet的底層實現是使用long數組作為內部存儲結構的，所以BitSet的大小為long類型大小(64位)的整數倍。

　　它有兩個構造函數：

　　1、BitSet()：創建一個新的位 set，默認大小是64位。

 public BitSet() 
{
        initWords(BITS_PER_WORD);
        sizeIsSticky = false;
}

　　2、BitSet(int nbits)：創建一個位set，它的初始大小足以顯式表示索引范圍在 0 到 nbits-1 的位。

    public BitSet(int nbits)
     {
        // nbits can't be negative; size 0 is OK
        if (nbits < 0)
            throw new NegativeArraySizeException("nbits < 0: " + nbits);
        initWords(nbits);
        sizeIsSticky = true;
    }

　　注：

　　1、如果指定了bitset的初始化大小，那麼會把他規整到一個大於或者等於這個數字的64的整倍數。比如64位，bitset的大小是1個long，而65位時，bitset大小是2個long，即128位。做這麼一個規定，主要是為了內存對齊，同時避免考慮到不要處理特殊情況，簡化程序。

　　2：BitSet的size方法：返回此 BitSet 表示位值時實際使用空間的位數，值是64的整數倍

　　　length方法：返回此 BitSet 的“邏輯大小”：BitSet 中最高設置位的索引加 1　　

三、使用場景

 　　常見的應用場景是對海量數據進行一些統計工作，比如日志分析、用戶數統計等。

　　之前在阿裡的實習面試就被問到一道題：有1千萬個隨機數，隨機數的范圍在1到1億之間。現在要求寫出一種算法，將1到1億之間沒有在隨機數中的數求出來？

　　代碼示例如下：　

public class Alibaba
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Random random=new Random();
        
        List<Integer> list=new ArrayList<>();
        for(int i=0;i<10000000;i++)
        {
            int randomResult=random.nextInt(100000000);
            list.add(randomResult);
        }
        System.out.println("產生的隨機數有");
        for(int i=0;i<list.size();i++)
        {
            System.out.println(list.get(i));
        }
        BitSet bitSet=new BitSet(100000000);
        for(int i=0;i<10000000;i++)
        {
            bitSet.set(list.get(i));
        }
        
        System.out.println("0~1億不在上述隨機數中有"+bitSet.size());
        for (int i = 0; i < 100000000; i++)
        {
            if(!bitSet.get(i))
            {
                System.out.println(i);
            }
        }     
    }
}

四、參考資料

1. http://www.linuxidc.com/Linux/2016-07/133592.htm
2. http://www.linuxidc.com/Linux/2016-07/133594.htm