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作者：liuxin，華為高級工程師
容器類，顧名思義就是存儲的類，用於存儲各種數據類型的元素，並具備一系列處理數據元素的方法。在方舟開發框架中，容器類采用了類似靜態的語言來實現，並通過NAPI框架對外提供。通過對存儲位置以及屬性的限制，讓每種類型的數據都能在完成自身功能的基礎上剪除冗余分支，保證了數據的高效訪問，提升了應用的性能。
本期，我們將為大家介紹方舟開發框架中容器類的各種類型以及相關API的使用。
一、容器類API介紹
在方舟開發框架中，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景。下面，我們將為大家一一道來。
（一）線性容器類
線性容器類底層主要通過數組實現，包括ArrayList、Vector、List、LinkedList、Deque、Queue、Stack七種。線性容器類API，充分考慮了數據訪問的速度，實現了運行時（Runtime）通過一條指令就可以完成增刪改查等操作。
1. ArrayList
ArrayList即動態數組，可用來構造全局的數組對象。ArrayList依據泛型定義，要求存儲位置是一片連續的內存空間，初始容量大小為10，並支持動態擴容，每次擴容大小為原始容量的1.5倍。ArrayList進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
2. Vector
Vector 是指連續存儲結構，可用來構造全局的數組對象。Vector依據泛型定義，要求存儲位置是一片連續的內存空間，初始容量大小為10，並支持動態擴容，每次擴容大小為原始容量的2倍。
由於Vector擴容速度高於ArrayList，所以適用於數據添加比較頻繁的場景。Vector在支持操作符訪問的基礎上，還增加了get/set接口，提供更為完善的校驗及容錯機制，滿足用戶不同場景下的需求。Vector進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
3. List
List可用來構造一個單向鏈表對象，即只能通過頭結點開始訪問到尾節點。List依據泛型定義，在內存中的存儲位置可以是不連續的。
可以通過get/set等接口對存儲的元素進行修改，List進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
4. LinkedList
LinkedList可用來構造一個雙向鏈表對象，可以在某一節點向前或者向后遍歷List。LinkedList依據泛型定義，在內存中的存儲位置可以是不連續的。
可以通過get/set等接口對存儲的元素進行修改，LinkedList進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
5. Queue
Queue可用來構造隊列對象，存儲元素遵循先進先出的規則。Queue依據泛型定義，要求存儲位置是一片連續的內存空間，初始容量大小為8，並支持動態擴容，每次擴容大小為原始容量的2倍。Queue底層采用循環隊列實現，入隊及出隊操作效率都比較高。Queue進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
6. Deque
Deque可用來構造雙端隊列對象，存儲元素遵循先進先出的規則，雙端隊列可以分別從對頭或者隊尾進行訪問。Deque依據泛型定義，要求存儲位置是一片連續的內存空間，其初始容量大小為8，並支持動態擴容，每次擴容大小為原始容量的2倍。Deque底層采用循環隊列實現，入隊及出隊操作效率都比較高。Deque進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
7. Stack
Stack可用來構造棧對象，存儲元素遵循后進先出的規則。Stack依據泛型定義，要求存儲位置是一片連續的內存空間，初始容量大小為8，並支持動態擴容，每次擴容大小為原始容量的1.5倍。Stack底層基於數組實現，入棧出棧均從數組的一端操作，Stack進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
（二）非線性容器類
非線性容器類底層通過hash或者紅黑樹實現，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標准。
1. HashMap
HashMap可用來存儲具有關聯關系的key-value鍵值對集合，存儲元素中key是唯一的，每個key會對應一個value值。HashMap依據泛型定義，集合中通過key的hash值確定其存儲位置，從而快速找到鍵值對。HashMap的初始容量大小為16，並支持動態擴容，每次擴容大小為原始容量的2倍。HashMap底層基於HashTable實現，沖突策略采用鏈地址法。HashMap進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
2. HashSet
HashSet可用來存儲一系列值的集合，存儲元素中value是唯一的。依據泛型定義。集合中通過value的hash值確定其存儲位置，從而快速找到該值。HashSet初始容量大小為16，支持動態擴容，每次擴容大小為原始容量的2倍。value的類型滿足ECMA標准中要求的類型。HashSet底層基於HashTable實現，沖突策略采用鏈地址法。HashSet進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
3. TreeMap
TreeMap可用來存儲具有關聯關系的key-value鍵值對集合，存儲元素中key是唯一的，每個key會對應一個value值。TreeMap依據泛型定義，集合中的key值是有序的，TreeMap的底層是一棵二叉樹，可以通過樹的二叉查找快速的找到鍵值對。key的類型滿足ECMA標准中要求的類型。TreeMap中的鍵值是有序存儲的。TreeMap底層基於紅黑樹實現，可以進行快速的插入和刪除。TreeMap進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
4. TreeSet
TreeSet可用來存儲一系列值的集合，存儲元素中value是唯一的。TreeSet依據泛型定義，集合中的value值是有序的，TreeSet的底層是一棵二叉樹，可以通過樹的二叉查找快速的找到該value值，value的類型滿足ECMA標准中要求的類型。TreeSet中的值是有序存儲的。TreeSet底層基於紅黑樹實現，可以進行快速的插入和刪除。TreeSet進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
5. LightWeightMap
LigthWeightMap可用來存儲具有關聯關系的key-value鍵值對集合，存儲元素中key是唯一的，每個key會對應一個value值。LigthWeightMap依據泛型定義，采用更加輕量級的結構，集合中的key值的查找依賴於hash值以及二分查找算法，通過一個數組存儲hash值，然后映射到其他數組中的key值以及value值，key的類型滿足ECMA標准中要求的類型。
初始默認容量大小為8，每次擴容大小為原始容量的2倍。LigthWeightMap底層標識唯一key通過hash實現，其沖突策略為線性探測法，查找策略基於二分查找法。LigthWeightMap進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
6. LightWeightSet
LigthWeightSet可用來存儲一系列值的集合，存儲元素中value是唯一的。LigthWeightSet依據泛型定義，采用更加輕量級的結構，初始默認容量大小為8，每次擴容大小為原始容量的2倍。集合中的value值的查找依賴於hash以及二分查找算法，通過一個數組存儲hash值，然后映射到其他數組中的value值，value的類型滿足ECMA標准中要求的類型。
LigthWeightSet底層標識唯一value基於hash實現，其沖突策略為線性探測法，查找策略基於二分查找法。LigthWeightSet進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
7. PlainArray
PlainArray可用來存儲具有關聯關系的鍵值對集合，存儲元素中key是唯一的，並且對於PlainArray來說，其key的類型為number類型。每個key會對應一個value值，類型依據泛型的定義，PlainArray采用更加輕量級的結構，集合中的key值的查找依賴於二分查找算法，然后映射到其他數組中的value值。
初始默認容量大小為16，每次擴容大小為原始容量的2倍。PlainArray的查找策略基於二分查找法。PlainArray進行增、刪、改、查操作的相關API如下：
二、容器類的實現
下面我們將以ArrayList為例，為大家介紹，容器類的實現。包括容器類的初始化、容器類的接口調用、容器類對象模型的構建以及攔截器處理。
（一）容器類初始化
在方舟開發框架中，通過NAPI的統一框架對外層提供容器類。下面，我們將以ArrayList為例，介紹基於NAPI的容器類的加載。如下圖所示，是容器類初始化流程，在NAPI加載的過程中，會通過ArkPrivate.Load接口加載對應的容器類。ArrayList在引擎中會初始化Constructor以及Prototype並返回，最后應用側可以獲得該容器類並使用。
圖1 容器類初始化流程
（二）容器類接口調用
在方舟開發框架中，容器類API的調用流程如圖2所示，用戶先通過new ArrayList進入引擎得到對應的arraylist對象，然后可以通過add接口向對象中添加元素，元素最終會添加到一片和該arraylist綁定的內存空間。可以通過[]操作符進行元素獲取，對於容器類而言，引擎會直接通過快速路徑訪問到元素存儲位置，返回該值。
圖2 容器類API的調用流程
（三）容器類對象模型
在方舟開發框架中，構造容器類對象模型的流程如下圖所示，在運行時禁止再向對象上添加Properties屬性，ArrayList借用對象模型中的elements位置存儲元素。
圖3 容器類對象模型的構造流程
- 實現說明：通過elements存儲數組元素，Length為數組中元素個數，數組Capatity可以通過elements的長度獲取。
- 擴容策略：ArrayList –> 1.5倍
- 初始分配容量：ArrayList -> 10
（注：TS中的實現，擴容策略及初始分配容量不感知)
（四）攔截器處理
攔截器處理，是指通過禁止掉一些影響對象行為的操作，比如delete、setPrototype等，在運行時（Runtime）維護一個高效的容器類對象。如圖4所示，以ArrayList為例，ArkCompiler內部攔截的操作主要涉及DeleteProperty、DefineProperty、GetProperty、SetPrototype、GetOwnPropertyKeys、HasProperty等操作限制數組的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
三、容器類API的使用
通過上文的介紹，相信大家對容器類已經有了比較深刻的認識。那么，我們怎么使用容器類API呢？
本文列舉常用的典型容器的使用示例，包括導入模塊、增加元素、訪問元素及修改等操作：
// ArrayList import ArrayList from '@ohos.util.ArrayList' // 導入ArrayList模塊 let arrayList = new ArrayList(); arrayList.add("a"); arrayList.add(1); // 增加元素 print(arrayList[0]); // 訪問元素 arrayList[0] = one"; // 修改元素 print(arrayList[0]); // Vector import Vector from '@ohos.util.Vector' // 導入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]); // 訪問元素 print(vector.getFirstElement()); // 訪問元素 // Deque import Deque from '@ohos.util.Deque' // 導入Deque模塊 let deque = new Deque; deque.insertFront("a"); deque.insertFront(1); // 增加元素 print(deque[0]); // 訪問元素 deque[0] = "one"; // 修改元素 print(deque[0]); // Stack import Stack from '@ohos.util.Stack' // 導入Stack模塊 let stack = new Stack(); stack.push("a"); stack.push(1); // 增加元素 print(stack[0]); // 訪問元素 stack.pop(); // 彈出元素 print(stack.length); // List import List from '@ohos.util.List' // 導入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]); // 訪問元素 print(list.get(0)); // 訪問元素 // HashMap import HashMap from '@ohos.util.HashMap' // 導入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")); // 訪問元素 // TreeMap import TreeMap from '@ohos.util.TreeMap' // 導入TreeMap模塊 let treeMap = new TreeMap(); treeMap.set("a", 123); treeMap.set("6", 356); // 增加元素 print(treeMap.get("a")); // 訪問元素 print(treeMap.getFirstKey("a")); // 訪問首元素 print(treeMap.getLastKey("a")); // 訪問尾元素 // LightWeightMap import LightWeightMap from '@ohos.util.LightWeightMap' // 導入LightWeightMap模塊 let lightWeightMap = new LightWeightMap(); lightWeightMap.set("x", 123); lightWeightMap.set("8", 356); // 增加元素 print(lightWeightMap.get("a")); // 訪問元素 print(lightWeightMap.get("x")); // 訪問元素 print(lightWeightMap.getIndexOfKey("8")); // 訪問元素 // PlainArray import PlainArray from '@ohos.util.PlainArray' // 導入PlainArray模塊 let plainArray = new PlainArray(); plainArray.add(1, "sdd"); plainArray.add(2, "sff"); // 增加元素 print(plainArray.get(1)); // 訪問元素 print(plainArray.getKeyAt(1)); // 訪問元素
至此以上就是本期全部內容，期待廣大開發者通過方舟開發框架的容器類開發出更多高性能的應用。
