Bitmap 位圖 Java實現

一、結構思想

以 bit 作為存儲單位進行 0、1存取的數據結構。
可用作布爾值存取，比如給定第i位，該bit為1則表示true，為0則表示false。

二、使用場景及優點

適用於對布爾或0、1值進行（大量）存取的場景。

如：記錄一個用戶365天的簽到記錄，簽了為true，沒簽為false。若是以普通key/value數據結構，每個用戶都需要記錄365條，當用戶量很大時會造成巨大的空間開銷。
因此運用位圖的話，每天簽到記錄只占1個位(bit)，一共就365位，則只需48個字節就能容納一個用戶一年的簽到記錄。

優點：
低空間開銷且高效的0、1存取方案

三、具體實現

實現源碼：https://github.com/SimpleIto/data_structure/blob/master/src/bitmap/Bitmap.java

主要考慮以下問題：

1. 用什么物理結構存儲一系列bit？
2. 如何通過位操作高效的實現對指定bit的獲取、修改操作？（而不是通過字符串轉去轉來臃腫的實現）

解決思路：

1. Java中，使用 byte[] 字節數組來存儲bit。 1 byte = 8 bit
2. 對於獲取操作
   思路：拿到目標bit所在的byte后，將其向右位移（並將高位置0），使目標bit在第一位，這樣結果值就是目標bit值。

1. 通過 byte[index >> 3] （等價於byte[index/8]）取到目標bit所在的byte。
2. 令 i = index&7（等價於index%8）得到目標bit在該byte中所在的位置。
3. 為了將目標bit前面的高位置0（這樣位移后的值才等於目標bit本身）：需要構建到目標bit為止的低位掩碼，即 0b11111111 >>>(7 - i)，再與原byte做&運算。
4. 最后將結果向右位移 i 位，使目標bit處在第一位，結果值即為所求。

3. 對於修改操作
   思路：根據設定值true或false的不同，分為兩種操作邏輯

1. 如果value為true，則目標位應與1做“或”運算。需構建“目標位為1，其他為0”的操作數（因為實際操作的是byte，為了只修改目標bit，而不影響其他位）
2. 如果value為false，則目標位應與0做“與”運算。則需構建“目標位為0，其他為1”的操作數。
3. 構建目標位為1其他位為0的操作數：1 << (index & 7)