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Watson Wang

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【源码解析】HashMap 核心设计与源码速览 (JDK 8+)

前言

HashMap 几乎是 Java 面试和开发中的“必考题”和“必备品”。它提供了高效的键值对存储和查找能力(平均时间复杂度 O(1))。理解其内部实现原理,不仅有助于我们写出更优的代码,也能在面试中脱颖而出。本文旨在快速梳理 HashMap (以 JDK 8+ 为基础) 的核心设计和源码要点,助你快速入门。

阅读目标

通过本文,你将快速理解:

  • HashMap 的基本数据结构(数组 + 链表/红黑树)。
  • putget 操作的核心流程。
  • 哈希冲突是如何发生的,以及如何解决(链地址法、树化)。
  • 动态扩容(resize)的触发时机和过程。

核心数据结构:数组 + 链表 / 红黑树

HashMap 内部维护了一个 Node<K,V>[] table 数组,这是其主体结构,也常被称为“桶”(bucket)数组。每个桶(数组元素)可以存放一个 Node 节点,或者是一条 Node 组成的链表,或者是一棵红黑树(TreeNode)。

HashMap 内部结构示意图 (JDK 8+)

关键成员变量 (JDK 8+)
  • transient Node<K,V>[] table: 存储数据的桶数组,长度总是 2 的幂次方。
  • transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet: 缓存的 entry 集合。
  • transient int size: HashMap 中存储的键值对数量。
  • transient int modCount: 修改次数,用于迭代时的快速失败机制。
  • int threshold: 扩容阈值,当 size 超过这个值时触发扩容。threshold = capacity * loadFactor
  • final float loadFactor: 负载因子,默认为 0.75f。控制数组的填充程度。
  • static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8: 链表转红黑树的阈值。当一个桶中的链表长度达到 8 时,并且 table 的容量 capacity 大于等于 MIN_TREEIFY_CAPACITY (64) 时,链表会转化为红黑树。
  • static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6: 红黑树转链表的阈值。当扩容时,如果一个桶中的节点数减少到 6,红黑树会退化回链表。
  • static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64: 允许链表树化的最小 table 容量。如果容量小于此值,即使链表长度达到 8,也只会进行扩容,而不会树化。

put(K key, V value) 核心流程

put 方法是 HashMap 最核心的操作之一。

深入了解 Facebook (Meta) 的 idb (iOS Debug Bridge)

引言

当我们在讨论 “idb” 时,很容易与浏览器端的 IndexedDB 数据库技术混淆。但今天我们要介绍的是另一个完全不同的、由 Facebook (现在叫 Meta) 开源的强大工具——idb (iOS Debug Bridge)。如果你正在进行 iOS 开发或测试自动化,并且希望寻找一个更强大、更灵活的方式来与 iOS 模拟器和设备进行交互,那么 idb 绝对值得你深入了解。

什么是 idb (iOS Debug Bridge)?

简单来说,idb 是一个用于自动化和与 iOS 模拟器 (Simulators) 及物理设备 (Devices) 进行交互的命令行工具 (Command-Line Tool)

你可以把它想象成一个增强版的、专注于 iOS 平台的 adb (Android Debug Bridge)。它旨在通过提供一套统一且功能丰富的命令,简化和增强开发者与测试工程师在 iOS 环境下的自动化工作流程。

为什么需要 idb?它解决了什么问题?

虽然苹果官方提供了如 simctl (用于模拟器控制) 和 instruments (用于性能分析和自动化) 等工具,但在某些场景下,它们可能不够灵活或功能不够全面,尤其是在大规模自动化测试和复杂的 CI/CD (持续集成/持续部署) 流水线中。idb 的出现旨在:

  1. 提供统一接口: 无论是模拟器还是真机,idb 尝试提供一致的命令体验。
  2. 增强自动化能力: 提供了许多 simctl 可能不直接支持或使用起来较繁琐的交互功能。
  3. 提升效率: 针对某些操作(如文件传输)可能进行了优化,速度更快。
  4. 弥补工具链空白: 满足 Facebook 内部大规模 iOS 测试和开发自动化的特定需求,并将这些能力开放给社区。

idb 的核心功能概览

idb 提供了一系列强大的命令行接口,涵盖了 iOS 自动化中的常见任务:

揭秘 Kotlin 协程:挂起与恢复的魔法是如何实现的?

前言:协程的魅力

Kotlin 协程(Coroutines)为 Android 开发带来了编写异步、非阻塞代码的革命性方式。它让我们能够用看似同步的代码风格来处理耗时操作(如网络请求、数据库访问),极大地简化了回调地狱,并提供了强大的结构化并发能力。

但协程那神奇的 suspend(挂起)和恢复能力背后,究竟隐藏着怎样的原理?为什么它能在不阻塞线程的情况下暂停执行,并在未来某个时刻从暂停点继续?本文将深入探讨 Kotlin 协程的核心实现机制。

本文目标
  • 理解 suspend 关键字的真正含义。
  • 揭示协程挂起的本质:编译时代码转换与状态机。
  • 了解 Continuation 在挂起与恢复中的核心作用。
  • 明白协程如何在挂起后恢复并继续执行后续代码。

suspend 关键字:一个编译时标记

suspend 关键字本身并不直接执行挂起操作。它更像是一个标记,告诉编译器:

  1. 这个函数包含可能需要挂起的操作(即调用了其他的 suspend 函数)。
  2. 这个函数只能在协程作用域 (Coroutine Scope) 内或者另一个 suspend 函数中被调用。

真正的“魔法”发生在编译阶段。

核心原理:编译时转换与状态机 (CPS Transformation)

Kotlin 协程的挂起和恢复机制,其核心是编译器在编译期间对 suspend 函数进行的代码转换,这种技术思想源于Continuation-Passing Style (CPS)

编译器会将一个 suspend 函数转换成类似以下形式的逻辑:

  1. 添加隐式参数: 在函数的参数列表最后,隐式地添加一个 Continuation<T> 类型的参数。Continuation 是一个接口,代表了协程在挂起点之后的“剩余计算”。它有一个关键方法 resumeWith(Result<T>),用于在挂起结束后恢复协程的执行。
  2. 生成状态机: 函数体被重写成一个状态机 (State Machine)。通常表现为一个包含 label(状态标签)和 result(存储中间结果或异常)变量的类或对象,以及一个根据 label 进行跳转的 switch (或 when) 语句。
  3. 分割代码: 原始函数的代码逻辑被分割成多个片段,每个 suspend 函数调用点(潜在的挂起点)成为状态机的一个状态转换点
  4. 保存状态: 当协程需要在某个 suspend 函数调用处挂起时,当前的状态(包括局部变量、执行到哪个 label 等)会被保存在这个隐式的 Continuation 对象中。
  5. 返回特殊标记: suspend 函数调用如果真的需要挂起(例如,网络请求需要等待结果),它不会立即返回值,而是返回一个特殊的标记值 COROUTINE_SUSPENDED。这通知调用者,当前协程已经挂起,执行权交还。

概念性示例(简化):

Kotlin Flow 快速入门

1. 引言:拥抱异步数据流的新方式

在现代 Android 开发中,处理网络请求、数据库访问、用户交互等异步操作是家常便饭。如何优雅、高效地管理这些随时间产生的数据流,一直是开发者关注的焦点。Kotlin 协程 (Coroutines) 为我们带来了强大的异步编程模型,而 Kotlin Flow 正是构建于协程之上的、用于处理冷数据流 (Cold Streams) 的解决方案。

如果你曾受困于回调地狱 (Callback Hell),觉得 LiveData 在某些场景下不够灵活,或者正在为你的 Kotlin 项目寻找 RxJava 的替代品,那么 Flow 将是你理想的选择。

本文将带你:

  • 理解 Flow 的核心概念。
  • 学习如何创建、转换和收集 Flow。
  • 掌握在 Android ViewModel 和 UI 中安全使用 Flow 的最佳实践。

学习前提: 本文假设你已具备 Kotlin 基础语法和 Kotlin 协程的基本知识。

2. 为什么选择 Kotlin Flow?

  • 基于协程: 与 Kotlin 协程深度集成,享受结构化并发带来的便利,简化异步代码管理和生命周期控制。
  • 冷流特性: Flow 默认是“冷”的,代码块只在被收集 (collect) 时执行,有效节省资源。
  • 操作符丰富: 提供大量类似 RxJava 的操作符 (map, filter, flatMapConcat, zip 等),方便地转换和组合数据。
  • 背压支持: 内建支持背压 (Backpressure),能自动处理数据生产和消费速率不匹配的问题。
  • 简洁的错误处理: 可使用标准 try-catch 或 Flow 提供的 catch 操作符优雅处理异常。
  • Jetpack 友好: 与 ViewModel、Lifecycle 等 Jetpack 组件无缝集成。

3. Flow 核心概念解析

可以把 Flow 想象成一个异步的数据序列,就像河流一样,数据项按顺序流动。

深入理解 Java GC:核心算法与常见收集器

前言

Java 开发者通常不需要像 C/C++ 开发者那样手动管理内存分配和释放,这得益于 Java 虚拟机(JVM)强大的**垃圾回收(Garbage Collection, GC)**机制。GC 自动地查找并回收不再被程序使用的内存(即“垃圾”),从而避免了内存泄漏和野指针等问题。

然而,GC 并非没有代价。不合适的 GC 配置或算法选择可能导致应用暂停(Stop-the-World, STW),影响性能和用户体验。因此,理解 GC 的基本原理和常用算法对于 Java 性能调优至关重要。

GC 的核心任务:识别垃圾

GC 的首要任务是找出哪些内存可以被回收。现代 JVM 主要采用**可达性分析(Reachability Analysis)**算法来判断对象是否存活:

  1. GC Roots: 首先确定一系列必须存活的“根”对象(GC Roots)。常见的 GC Roots 包括:
    • 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象。
    • 方法区中类静态属性引用的对象。
    • 方法区中常量引用的对象。
    • 本地方法栈中 JNI(即 Native 方法)引用的对象。
    • 活动线程。
    • 同步锁(synchronized 关键字)持有的对象。
  2. 可达性分析: 从 GC Roots 开始,沿着引用链向下搜索。如果一个对象可以通过任何引用链从 GC Roots 到达,则称该对象是可达的 (Reachable),意味着它正在被使用,不能回收。
  3. 不可达对象: 如果一个对象无法从任何 GC Roots 通过引用链到达,则认为该对象是不可达的 (Unreachable),即为“垃圾”,可以被回收。

注意: 即使是不可达对象,也至少要经历两次标记过程才真正被回收(涉及 finalize() 方法,但此方法已不推荐使用)。

基本 GC 算法

基于可达性分析找到垃圾后,就需要具体的算法来回收这些空间。以下是几种基础的 GC 算法思想,它们是现代复杂 GC 收集器的基石:

面试官:Android中加载大图和长图的正确方式是什么?

面试官您好,加载大图(高分辨率图)和长图(超高图)是 Android 开发中常见的性能和内存挑战。处理它们的核心原则是 避免一次性将整个原始尺寸的图片完整加载到内存中。我会根据图片类型采用不同的策略:

1. 加载“大图”(高分辨率图片 High-Resolution Images)

这里的“大”通常指图片的像素尺寸远超需要显示它的 ImageView 或屏幕的尺寸。

  • 核心技术:降采样 (Downsampling)
  • 目标: 在解码图片时就只加载一个缩小版的、内存占用更小的 Bitmap 到内存中,而不是加载完整大图后再缩放。
  • 实现步骤:
    1. 仅获取图片边界信息:
      • 创建 BitmapFactory.Options 对象。
      • 设置 options.inJustDecodeBounds = true
      • 调用 BitmapFactory.decodeStream(), decodeFile(), decodeResource() 等方法。此时,解码器只会读取图片的宽度、高度和 MIME 类型等元数据到 options 中(outWidth, outHeight),不会真正分配 Bitmap 内存
    2. 计算采样率 inSampleSize
      • 获取目标 ImageView 的尺寸(reqWidth, reqHeight)。如果 View 尚未布局完成,可能需要通过 View.post()ViewTreeObserver 等方式获取。
      • 比较图片原始尺寸 (options.outWidth, options.outHeight) 和目标显示尺寸 (reqWidth, reqHeight)。
      • 计算一个合适的 inSampleSize 值。该值表示缩小的倍数(宽和高都将缩小 inSampleSize 倍)。关键点inSampleSize 应该是 2 的整数次幂 (1, 2, 4, 8…),这样解码效率最高,效果最好。计算逻辑通常是找到一个最小的 2 的幂,使得解码后的图片尺寸(原始尺寸 / inSampleSize)略大于或等于目标尺寸。
      • 例如,可以封装一个 calculateInSampleSize(options, reqWidth, reqHeight) 的工具方法来实现这个计算逻辑。
    3. 实际解码缩小后的图片:
      • options.inJustDecodeBounds 设置回 false
      • 设置计算得到的 options.inSampleSize 值。
      • (可选优化)设置 options.inPreferredConfig 为更节省内存的格式,如 Bitmap.Config.RGB_565 (如果不需要 Alpha 通道)。
      • 再次调用 BitmapFactory.decodeXXX() 方法。这次会根据 inSampleSize 加载一个缩小版的 Bitmap 对象,内存占用大大降低。
  • 最佳实践:使用图片加载框架
    • Glide, Coil, Picasso 这样的成熟图片加载框架,内部已经完美封装了降采样的逻辑。它们会自动根据目标 ImageView 的尺寸(或通过 override() API 指定的尺寸)来计算并应用合适的 inSampleSize
    • 因此,在绝大多数场景下,直接使用这些优秀的图片库是加载“大图”的最佳且最简单的方式

2. 加载“长图”(Very Tall Images / Scrolling Long Screenshots)

这里的“长”指的是图片的高度远超屏幕高度,通常需要用户滚动来查看完整内容。