鴻蒙開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)：【方舟開(kāi)發(fā)框架容器類API的介紹與使用】

一、容器類API介紹

在方舟開(kāi)發(fā)框架中，提供了線性和非線性兩類容器類，共14種，每種容器都有自身的特性及使用場(chǎng)景。下面，我們將為大家一一道來(lái)。

鴻蒙開(kāi)發(fā)指導(dǎo)文檔：[gitee.com/li-shizhen-skin/harmony-os/blob/master/README.md]

線性容器類

線性容器類底層主要通過(guò)數(shù)組實(shí)現(xiàn)，包括ArrayList、Vector、List、LinkedList、Deque、Queue、Stack七種。線性容器類API，充分考慮了數(shù)據(jù)訪問(wèn)的速度，運(yùn)行時(shí)（Runtime）通過(guò)一條字節(jié)碼指令就可以完成增刪改查等操作。

1. ArrayList

ArrayList即動(dòng)態(tài)數(shù)組，可用來(lái)構(gòu)造全局的數(shù)組對(duì)象。ArrayList依據(jù)泛型定義，要求存儲(chǔ)位置是一片連續(xù)的內(nèi)存空間，初始容量大小為10，并支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，每次擴(kuò)容大小為原始容量的1.5倍。ArrayList進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

2. Vector

Vector 是指連續(xù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，可用來(lái)構(gòu)造全局的數(shù)組對(duì)象。Vector依據(jù)泛型定義，要求存儲(chǔ)位置是一片連續(xù)的內(nèi)存空間，初始容量大小為10，并支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，每次擴(kuò)容大小為原始容量的2倍。

由于Vector擴(kuò)容速度高于ArrayList，所以適用于數(shù)據(jù)添加比較頻繁的場(chǎng)景。Vector在支持操作符訪問(wèn)的基礎(chǔ)上，還增加了get/set接口，提供更為完善的校驗(yàn)及容錯(cuò)機(jī)制，滿足用戶不同場(chǎng)景下的需求。Vector進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

3. List

List可用來(lái)構(gòu)造一個(gè)單向鏈表對(duì)象，即只能通過(guò)頭結(jié)點(diǎn)開(kāi)始訪問(wèn)到尾節(jié)點(diǎn)。List依據(jù)泛型定義，在內(nèi)存中的存儲(chǔ)位置可以是不連續(xù)的。

可以通過(guò)get/set等接口對(duì)存儲(chǔ)的元素進(jìn)行修改，List進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

4. LinkedList

LinkedList可用來(lái)構(gòu)造一個(gè)雙向鏈表對(duì)象，可以在某一節(jié)點(diǎn)向前或者向后遍歷List。LinkedList依據(jù)泛型定義，在內(nèi)存中的存儲(chǔ)位置可以是不連續(xù)的。

可以通過(guò)get/set等接口對(duì)存儲(chǔ)的元素進(jìn)行修改，LinkedList進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

5. Queue

Queue可用來(lái)構(gòu)造隊(duì)列對(duì)象，存儲(chǔ)元素遵循先進(jìn)先出的規(guī)則。Queue依據(jù)泛型定義，要求存儲(chǔ)位置是一片連續(xù)的內(nèi)存空間，初始容量大小為8，并支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，每次擴(kuò)容大小為原始容量的2倍。Queue底層采用循環(huán)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)，入隊(duì)及出隊(duì)操作效率都比較高。Queue進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

6. Deque

Deque可用來(lái)構(gòu)造雙端隊(duì)列對(duì)象，存儲(chǔ)元素遵循先進(jìn)先出的規(guī)則，雙端隊(duì)列可以分別從對(duì)頭或者隊(duì)尾進(jìn)行訪問(wèn)。Deque依據(jù)泛型定義，要求存儲(chǔ)位置是一片連續(xù)的內(nèi)存空間，其初始容量大小為8，并支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，每次擴(kuò)容大小為原始容量的2倍。Deque底層采用循環(huán)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)，入隊(duì)及出隊(duì)操作效率都比較高。Deque進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

7. Stack

Stack可用來(lái)構(gòu)造棧對(duì)象，存儲(chǔ)元素遵循后進(jìn)先出的規(guī)則。Stack依據(jù)泛型定義，要求存儲(chǔ)位置是一片連續(xù)的內(nèi)存空間，初始容量大小為8，并支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，每次擴(kuò)容大小為原始容量的1.5倍。Stack底層基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)，入棧出棧均從數(shù)組的一端操作，Stack進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

非線性容器類

非線性容器類底層通過(guò)hash或者紅黑樹實(shí)現(xiàn)，包括HashMap、HashSet、TreeMap、TreeSet、LightWeightMap、LightWeightSet、PlainArray七種。非線性容器類中的key及value的類型均滿足ECMA標(biāo)準(zhǔn)。

1. HashMap

HashMap可用來(lái)存儲(chǔ)具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的key-value鍵值對(duì)集合，存儲(chǔ)元素中key是唯一的，每個(gè)key會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)value值。HashMap依據(jù)泛型定義，集合中通過(guò)key的hash值確定其存儲(chǔ)位置，從而快速找到鍵值對(duì)。HashMap的初始容量大小為16，并支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，每次擴(kuò)容大小為原始容量的2倍。HashMap底層基于HashTable實(shí)現(xiàn)，沖突策略采用鏈地址法。HashMap進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

2. HashSet

HashSet可用來(lái)存儲(chǔ)一系列值的集合，存儲(chǔ)元素中value是唯一的。依據(jù)泛型定義。集合中通過(guò)value的hash值確定其存儲(chǔ)位置，從而快速找到該值。HashSet初始容量大小為16，支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，每次擴(kuò)容大小為原始容量的2倍。value的類型滿足ECMA標(biāo)準(zhǔn)中要求的類型。HashSet底層基于HashTable實(shí)現(xiàn)，沖突策略采用鏈地址法。HashSet進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

3. TreeMap

TreeMap可用來(lái)存儲(chǔ)具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的key-value鍵值對(duì)集合，存儲(chǔ)元素中key是唯一的，每個(gè)key會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)value值。TreeMap依據(jù)泛型定義，集合中的key值是有序的，TreeMap的底層是一棵二叉樹，可以通過(guò)樹的二叉查找快速的找到鍵值對(duì)。key的類型滿足ECMA標(biāo)準(zhǔn)中要求的類型。TreeMap中的鍵值是有序存儲(chǔ)的。TreeMap底層基于紅黑樹實(shí)現(xiàn)，可以進(jìn)行快速的插入和刪除。TreeMap進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

4. TreeSet

TreeSet可用來(lái)存儲(chǔ)一系列值的集合，存儲(chǔ)元素中value是唯一的。TreeSet依據(jù)泛型定義，集合中的value值是有序的，TreeSet的底層是一棵二叉樹，可以通過(guò)樹的二叉查找快速的找到該value值，value的類型滿足ECMA標(biāo)準(zhǔn)中要求的類型。TreeSet中的值是有序存儲(chǔ)的。TreeSet底層基于紅黑樹實(shí)現(xiàn)，可以進(jìn)行快速的插入和刪除。TreeSet進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

5. LightWeightMap

LigthWeightMap可用來(lái)存儲(chǔ)具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的key-value鍵值對(duì)集合，存儲(chǔ)元素中key是唯一的，每個(gè)key會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)value值。LigthWeightMap依據(jù)泛型定義，采用更加輕量級(jí)的結(jié)構(gòu)，集合中的key值的查找依賴于hash值以及二分查找算法，通過(guò)一個(gè)數(shù)組存儲(chǔ)hash值，然后映射到其他數(shù)組中的key值以及value值，key的類型滿足ECMA標(biāo)準(zhǔn)中要求的類型。

初始默認(rèn)容量大小為8，每次擴(kuò)容大小為原始容量的2倍。LigthWeightMap底層標(biāo)識(shí)唯一key通過(guò)hash實(shí)現(xiàn)，其沖突策略為線性探測(cè)法，查找策略基于二分查找法。LigthWeightMap進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

6. LightWeightSet

LigthWeightSet可用來(lái)存儲(chǔ)一系列值的集合，存儲(chǔ)元素中value是唯一的。LigthWeightSet依據(jù)泛型定義，采用更加輕量級(jí)的結(jié)構(gòu)，初始默認(rèn)容量大小為8，每次擴(kuò)容大小為原始容量的2倍。集合中的value值的查找依賴于hash以及二分查找算法，通過(guò)一個(gè)數(shù)組存儲(chǔ)hash值，然后映射到其他數(shù)組中的value值，value的類型滿足ECMA標(biāo)準(zhǔn)中要求的類型。

LigthWeightSet底層標(biāo)識(shí)唯一value基于hash實(shí)現(xiàn)，其沖突策略為線性探測(cè)法，查找策略基于二分查找法。LigthWeightSet進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

7. PlainArray

PlainArray可用來(lái)存儲(chǔ)具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的鍵值對(duì)集合，存儲(chǔ)元素中key是唯一的，并且對(duì)于PlainArray來(lái)說(shuō)，其key的類型為number類型。每個(gè)key會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)value值，類型依據(jù)泛型的定義，PlainArray采用更加輕量級(jí)的結(jié)構(gòu)，集合中的key值的查找依賴于二分查找算法，然后映射到其他數(shù)組中的value值。

初始默認(rèn)容量大小為16，每次擴(kuò)容大小為原始容量的2倍。PlainArray的查找策略基于二分查找法。PlainArray進(jìn)行增、刪、改、查操作的相關(guān)API如下：

二、容器類的實(shí)現(xiàn)

下面我們將以ArrayList為例，為大家介紹，容器類的實(shí)現(xiàn)。包括容器類的初始化、容器類的接口調(diào)用、容器類對(duì)象模型的構(gòu)建以及攔截器處理。

容器類初始化

在方舟開(kāi)發(fā)框架中，通過(guò)NAPI的統(tǒng)一框架對(duì)外層提供容器類。下面，我們將以ArrayList為例，介紹基于NAPI的容器類的加載。如下圖所示，是容器類初始化流程，在NAPI加載的過(guò)程中，會(huì)通過(guò)ArkPrivate.Load接口加載對(duì)應(yīng)的容器類。ArrayList在引擎中會(huì)初始化Constructor以及Prototype并返回，最后應(yīng)用側(cè)可以獲得該容器類并使用。

圖1 容器類初始化流程

容器類接口調(diào)用

在方舟開(kāi)發(fā)框架中，容器類API的調(diào)用流程如圖2所示，用戶先通過(guò)new ArrayList進(jìn)入引擎得到對(duì)應(yīng)的arraylist對(duì)象，然后可以通過(guò)add接口向?qū)ο笾刑砑釉?，元素最終會(huì)添加到一片和該arraylist綁定的內(nèi)存空間?？梢酝ㄟ^(guò)[]操作符進(jìn)行元素獲取，對(duì)于容器類而言，引擎會(huì)直接通過(guò)快速路徑訪問(wèn)到元素存儲(chǔ)位置，返回該值。

圖2 容器類API的調(diào)用流程

容器類對(duì)象模型

在方舟開(kāi)發(fā)框架中，構(gòu)造容器類對(duì)象模型的流程如下圖所示，在運(yùn)行時(shí)禁止再向?qū)ο笊咸砑覲roperties屬性，ArrayList借用對(duì)象模型中的elements位置存儲(chǔ)元素。

圖3 容器類對(duì)象模型的構(gòu)造流程

實(shí)現(xiàn)說(shuō)明：通過(guò)elements存儲(chǔ)數(shù)組元素，Length為數(shù)組中元素個(gè)數(shù)，數(shù)組Capatity可以通過(guò)elements的長(zhǎng)度獲取。

擴(kuò)容策略：ArrayList –> 1.5倍

初始分配容量：ArrayList -> 10

（注：TS中的實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)容策略及初始分配容量不感知)

攔截器處理

攔截器處理，是指通過(guò)禁止掉一些影響對(duì)象行為的操作，比如delete、setPrototype等，在運(yùn)行時(shí)（Runtime）維護(hù)一個(gè)高效的容器類對(duì)象。如圖4所示，以ArrayList為例，ArkCompiler內(nèi)部攔截的操作主要涉及DeleteProperty、DefineProperty、GetProperty、SetPrototype、GetOwnPropertyKeys、HasProperty等操作限制數(shù)組的holy添加，以及更改屬性的attributes等操作，保證了不需要做JSArray必須做的holy 判斷、writable 判斷等操作。

圖4 攔截器處理

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三、容器類API的使用

通過(guò)上文的介紹，相信大家對(duì)容器類已經(jīng)有了比較深刻的認(rèn)識(shí)。那么，我們?cè)趺词褂萌萜黝怉PI呢？本文列舉常用的典型容器的使用示例，包括導(dǎo)入模塊、增加元素、訪問(wèn)元素及修改等操作：

// ArrayList  
import ArrayList from '@ohos.util.ArrayList' // 導(dǎo)入ArrayList模塊  
let arrayList = new ArrayList();  
arrayList.add("a");  
arrayList.add(1); // 增加元素  
print(arrayList[0]); // 訪問(wèn)元素  
arrayList[0] = one"; // 修改元素  
print(arrayList[0]);

// Vector  
import Vector from '@ohos.util.Vector' // 導(dǎo)入Vector模塊  
let vector = new Vector();  
vector.add("a");  
let b = [1, 2, 3];  
vector.add(b);  
vector.add(false); // 增加元素  
print(vector[0]); // 訪問(wèn)元素  
print(vector.getFirstElement()); // 訪問(wèn)元素

// Deque  
import Deque from '@ohos.util.Deque' // 導(dǎo)入Deque模塊  
let deque = new Deque;  
deque.insertFront("a");  
deque.insertFront(1); // 增加元素  
print(deque[0]); // 訪問(wèn)元素  
deque[0] = "one"; // 修改元素  
print(deque[0]);

// Stack  
import Stack from '@ohos.util.Stack' // 導(dǎo)入Stack模塊  
let stack = new Stack();  
stack.push("a");  
stack.push(1); // 增加元素  
print(stack[0]); // 訪問(wèn)元素  
stack.pop(); // 彈出元素  
print(stack.length);

// List  
import List from '@ohos.util.List' // 導(dǎo)入List模塊  
let list = new List;  
list.add("a");  
list.add(1);  
let b = [1, 2, 3];  
list.add(b); // 增加元素  
print(list[0]); // 訪問(wèn)元素  
print(list.get(0)); // 訪問(wèn)元素

// HashMap  
import HashMap from '@ohos.util.HashMap' // 導(dǎo)入HashMap模塊  
let hashMap = new HashMap();  
hashMap.set("a", 123);  
hashMap.set(4, 123); // 增加元素  
print(hashMap.hasKey(4)); // 判斷是否含有某元素  
print(hashMap.get("a")); // 訪問(wèn)元素

// TreeMap  
import TreeMap from '@ohos.util.TreeMap' // 導(dǎo)入TreeMap模塊  
let treeMap = new TreeMap();  
treeMap.set("a", 123);  
treeMap.set("6", 356); // 增加元素  
print(treeMap.get("a")); // 訪問(wèn)元素  
print(treeMap.getFirstKey("a")); // 訪問(wèn)首元素  
print(treeMap.getLastKey("a")); // 訪問(wèn)尾元素

// LightWeightMap  
import LightWeightMap from '@ohos.util.LightWeightMap' // 導(dǎo)入LightWeightMap模塊  
let lightWeightMap = new LightWeightMap();  
lightWeightMap.set("x", 123);  
lightWeightMap.set("8", 356); // 增加元素  
print(lightWeightMap.get("a")); // 訪問(wèn)元素  
print(lightWeightMap.get("x")); // 訪問(wèn)元素  
print(lightWeightMap.getIndexOfKey("8")); // 訪問(wèn)元素

// PlainArray  
import PlainArray from '@ohos.util.PlainArray' // 導(dǎo)入PlainArray模塊  
let plainArray = new PlainArray();  
plainArray.add(1, "sdd");  
plainArray.add(2, "sff"); // 增加元素  
print(plainArray.get(1)); // 訪問(wèn)元素  
print(plainArray.getKeyAt(1)); // 訪問(wèn)元素

審核編輯 黃宇