浅谈Java BitSet使用场景和代码示例

一、什么是BitSet？

　　注：以下内容来自JDK API:

　　BitSet类实现了一个按需增长的位向量。位Set的每一个组件都有一个boolean值。用非负的整数将BitSet的位编入索引。可以对每个编入索引的位进行测试、设置或者清除。通过逻辑与、逻辑或和逻辑异或操作，可以使用一个 BitSet修改另一个 BitSet的内容。

　　默认情况下，set 中所有位的初始值都是false。

　　每个位 set 都有一个当前大小，也就是该位 set 当前所用空间的位数。注意，这个大小与位 set 的实现有关，所以它可能随实现的不同而更改。位 set 的长度与位 set 的逻辑长度有关，并且是与实现无关而定义的。

一个Bitset类创建一种特殊类型的数组来保存位值。BitSet中数组大小会随需要增加。这和位向量（vectorofbits）比较类似。

这是一个传统的类，但它在Java2中被完全重新设计。

BitSet定义了两个构造方法。

第一个构造方法创建一个默认的对象：

BitSet()

第二个方法允许用户指定初始大小。所有位初始化为0。

BitSet(intsize)

二、Java BitSet实现原理

　　在java中，BitSet的实现位于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的底层实现是使用long数组作为内部存储结构的，所以BitSet的大小为long类型大小(64位)的整数倍。

　　它有两个构造函数：

　　1、BitSet()：创建一个新的位 set，默认大小是64位。

									public BitSet() 

									{

									    initWords(BITS_PER_WORD);

									    sizeIsSticky = false;

									}

　2、BitSet(int nbits)：创建一个位set，它的初始大小足以显式表示索引范围在 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，那么会把他规整到一个大于或者等于这个数字的64的整倍数。比如64位，bitset的大小是1个long，而65位时，bitset大小是2个long，即128位。做这么一个规定，主要是为了内存对齐，同时避免考虑到不要处理特殊情况，简化程序。

　　2：BitSet的size方法：返回此 BitSet 表示位值时实际使用空间的位数，值是64的整数倍

　　　length方法：返回此 BitSet 的“逻辑大小”：BitSet 中最高设置位的索引加 1　　

三、使用场景

　　常见的应用场景是对海量数据进行一些统计工作，比如日志分析、用户数统计等。

　　之前在阿里的实习面试就被问到一道题：有1千万个随机数，随机数的范围在1到1亿之间。现在要求写出一种算法，将1到1亿之间没有在随机数中的数求出来？

　　代码示例如下：　

									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("产生的随机数有");

									        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("0~1亿不在上述随机数中有"+bitSet.size());

									        for (int i = 0; i < 100000000; i++)

									            {

									            if(!bitSet.get(i))

									                  {

									                System.out.println(i);

									            }

									        }

									    }

									}