java - 在 Java 中存储枚举的顺序

Question

在 java 中，EnumSet 使用 long 将其包含的项目存储在位掩码/位 vector 中( RegularEnumSet ) 或 long[] (JumboEnumSet)。我现在遇到了一个用例，其中我有数千个域对象(我们称它们为 Node )，每个域对象都将显示一个枚举的所有项目(我们称其为 Flag )，其顺序因对象而异.

目前我将订单存储为 Guava ImmutableSet ，因为这保证保留插入顺序。但是，我用过the methods explained on this page比较 EnumSet<Flag> 中的内存使用情况, 一个 ImmutableSet<Flag>和一个 Flag[] .以下是 a) Flag 有 64 个枚举项和 b) 所有三个变体都包含所有 64 个项时的结果:

EnumSet: 32 bytes
ImmutableSet: 832 bytes
Array: 272 bytes

所以我的问题是:是否有一种聪明的方法可以将枚举排序打包成一个数值，以获得比数组更小的内存占用？如果它有所作为:在我的用例中，我会假设排序总是包含所有枚举项。

澄清一下:我的枚举比那个小得多，而且我现在没有任何内存问题，这种情况也不可能给我带来内存问题。只是这种低效率困扰着我，即使是在微观层面也是如此。

更新:

根据各种答案和评论的建议，我想出了这个使用字节数组的数据结构。警告:它没有实现 Set 接口(interface)(不检查唯一值)并且它不会扩展到超出一个字节可以容纳的大型枚举。此外，复杂性非常糟糕，因为必须重复查询 Enum.values() ( see here for a discussion of this problem )，但这里是:

public class EnumOrdering<E extends Enum<E>> implements Iterable<E> {
    private final Class<E> type;
    private final byte[] order;

    public EnumOrdering(final Class<E> type, final Collection<E> order) {
        this.type = type;

        this.order = new byte[order.size()];

        int offset = 0;
        for (final E item : order) {
            this.order[offset++] = (byte) item.ordinal();
        }

    }

    @Override
    public Iterator<E> iterator() {
        return new AbstractIterator<E>() {
            private int offset = -1;
            private final E[] enumConstants = type.getEnumConstants();

            @Override
            protected E computeNext() {
                if (offset < order.length - 1) {
                    return enumConstants[order[++offset]];
                }
                return endOfData();
            }
        };
    }
}

内存占用为:

EnumOrdering:104

到目前为止，这是一个非常好的结果，感谢 bestsss 和 JB Nizet!

更新:我已将代码更改为仅实现 Iterable，因为其他任何东西都需要对 equals/hashCode/contains 等进行合理的实现。

Answer 1

is there a clever way to pack the enum ordering into a numeric value

是的，您可以将排序表示为数值，但要使用它您需要转换回字节/整数数组。因为有 64 个! 64 个值的可能排序，以及 64!大于 Long.MAX_VALUE，您需要将数字存储在 BigInteger 中。我想这将是存储顺序最节省内存的方式，尽管由于必须将数字转换为数组，您在内存中获得的内容会及时丢失。

有关在数字/数组表示之间转换的算法，请参阅 this question .

这里有一个替代上面的方法，不知道它是否和那个一样有效，你必须将代码从 int 转换为 BigInteger -based，但它应该足以给你这个想法:

/**
   * Returns ith permutation of the n numbers [from, ..., to]
   * (Note that n == to - from + 1).
   * permutations are numbered from 0 to n!-1, if i is outside this
   * range it is treated as i%n! 
   * @param i
   * @param from
   * @param n
   * @return
   */
  public static int[] perm(long i, int from, int to)
  {
    // method specification numbers permutations from 0 to n!-1.
    // If you wanted them numbered from 1 to n!, uncomment this line.
    //  i -= 1;
    int n = to - from + 1;

    int[] initArr  = new int[n];             // numbers [from, ..., to]
    int[] finalArr = new int[n];             // permutation of numbers [from, ..., to]

    // populate initial array
    for (int k=0; k<n; k++)
      initArr[k] = k+from;

    // compute return array, element by element
    for (int k=0; k<n; k++) {
      int index = (int) ((i%factorial(n-k)) / factorial(n-k-1));

      // find the index_th element from the initial array, and
      // "remove" it by setting its value to -1
      int m = convertIndex(initArr, index);
      finalArr[k] = initArr[m];
      initArr[m] = -1;
    }

    return finalArr;
  }


  /** 
   * Helper method used by perm.
   * Find the index of the index_th element of arr, when values equal to -1 are skipped.
   * e.g. if arr = [20, 18, -1, 19], then convertIndex(arr, 2) returns 3.
   */
  private static int convertIndex(int[] arr, int index)
  {
    int m=-1;
    while (index>=0) {
      m++;
      if (arr[m] != -1)
        index--;
    }

    return m;
  }

基本上，您从初始数组的自然顺序开始，然后遍历最终数组，每次都计算接下来应该放置哪些剩余元素。此版本通过将值设置为 -1 从 init 数组中“删除”元素。使用 List 或 LinkedList 可能更直观，我只是从一些旧代码中粘贴了它。

使用上述方法并将其作为main:

public static void main(String[] args) {
    int n = (int) factorial(4);
    for ( int i = 0; i < n; i++ ) {
      System.out.format( "%d: %s\n", i, Arrays.toString( perm(i, 1, 4 ) ) );
    }
}

你得到以下输出:

0: [1, 2, 3, 4]
1: [1, 2, 4, 3]
2: [1, 3, 2, 4]
3: [1, 3, 4, 2]
4: [1, 4, 2, 3]
5: [1, 4, 3, 2]
6: [2, 1, 3, 4]
7: [2, 1, 4, 3]
8: [2, 3, 1, 4]
9: [2, 3, 4, 1]
10: [2, 4, 1, 3]
11: [2, 4, 3, 1]
12: [3, 1, 2, 4]
13: [3, 1, 4, 2]
14: [3, 2, 1, 4]
15: [3, 2, 4, 1]
16: [3, 4, 1, 2]
17: [3, 4, 2, 1]
18: [4, 1, 2, 3]
19: [4, 1, 3, 2]
20: [4, 2, 1, 3]
21: [4, 2, 3, 1]
22: [4, 3, 1, 2]
23: [4, 3, 2, 1]

Here is an executable version on ideone .

根据 BigInteger.bitLength() 判断，应该可以在不超过 37 个字节的情况下存储 64 个元素的顺序(加上使用 BigInteger 的开销)实例)。我不知道这是否值得，但这是一个很好的练习!