理解BitSet
先来看几道面试题:
1、统计40亿个数据中没有出现的数据,将40亿个不同数据进行排序。
2、现在有1千万个随机数,随机数的范围在1到1亿之间,要求写出一种算法,将1到1亿之间没有在随机数中的数求出来。
3、有一个40G大小的文件,里面存的是32位正整数记录,我需要查找其中一个文件,问如何查找?
……
有木有被上面的大大大数据吓到了无从下手啊?今天介绍的BitSet就可以解决这一问题。
简介
一个按需增长的位向量,C++和java都有提供实现。
BitSet是位操作的对象,值只有1和0。用1位来表示一个数据是否出现过,0为没有出现过,1表示出现过。使用用的时候既可根据某一个是否为0表示此数是否出现过。
比较
一般,int占4个字节,long占8个字节。而一个字节是由8个位组成的。
粗略估计,int和BitSet的比例为4*8:1,即32:1。如果是long,差距就更大了。
基本操作
1、重要属性
BitSet在java.util包下,初始大小为64位。
/*
* BitSets are packed into arrays of "words." Currently a word is
* a long, which consists of 64 bits, requiring 6 address bits.
* The choice of word size is determined purely by performance concerns.
*/
private final static int ADDRESS_BITS_PER_WORD = 6;
private long[] words;
2、构造函数
//构造函数一
public BitSet(int nbits) {
// nbits can't be negative; size 0 is OK
if (nbits < 0)
throw new NegativeArraySizeException("nbits < 0: " + nbits);
//new 一个long数组
initWords(nbits);
sizeIsSticky = true;
}
private void initWords(int nbits) {
words = new long[wordIndex(nbits-1) + 1];
}
//构造函数二
private BitSet(long[] words) {
this.words = words;
this.wordsInUse = words.length;
checkInvariants();
}
3、检查函数
BitSet类中提供了两个内部检查的函数。
/**
* Sets the field wordsInUse to the logical size in words of the bit set.
* WARNING:This method assumes that the number of words actually in use is
* less than or equal to the current value of wordsInUse!
*/
private void recalculateWordsInUse() {
// Traverse the bitset until a used word is found
int i;
for (i = wordsInUse-1; i >= 0; i--)
if (words[i] != 0)
break;
wordsInUse = i+1; // The new logical size
}
/**
* Every public method must preserve these invariants.
*/
private void checkInvariants() {
//wordsInUse 实际使用的long的个数
assert(wordsInUse == 0 || words[wordsInUse - 1] != 0);
assert(wordsInUse >= 0 && wordsInUse <= words.length);
assert(wordsInUse == words.length || words[wordsInUse] == 0);
}
4、扩容
跟其他可以自动扩容类相同,扩容发生在set元素时,如下:
public void set(int bitIndex) {
if (bitIndex < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException("bitIndex < 0: " + bitIndex);
int wordIndex = wordIndex(bitIndex);
//扩容方法
expandTo(wordIndex);
words[wordIndex] |= (1L << bitIndex); // Restores invariants
//检查
checkInvariants();
}
private void expandTo(int wordIndex) {
int wordsRequired = wordIndex+1;
if (wordsInUse < wordsRequired) {
ensureCapacity(wordsRequired);
wordsInUse = wordsRequired;
}
}
//核心扩容方法
private void ensureCapacity(int wordsRequired) {
if (words.length < wordsRequired) {
// Allocate larger of doubled size or required size
int request = Math.max(2 * words.length, wordsRequired);
//拷贝
words = Arrays.copyOf(words, request);
sizeIsSticky = false;
}
}
应用实例
为了方便演示,就把数字改小了。需求就是生成10个10以内的随机数,并求出20以内哪些数字没在生成的随机数中。
// 先把随机数放入list中
Random random = new Random();
List<Integer> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
int randomResult = random.nextInt(10);
list.add(randomResult);
}
//查看生产的随机数
System.out.println("产生的随机数有");
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(i));
}
System.out.println("the end");
//将随机数放入bitset中
BitSet bit = new BitSet();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
bit.set(list.get(i));
}
//打印没有随机生产的数
for (int i = 0; i < 20; i++) {
if (!bit.get(i)) {
System.out.println(i);
}
}
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