Java中位图用long[]而非byte[],因long为64位,一次运算覆盖64元素、CPU原生支持好、缓存局部性优;核心位运算:index = val >> 6,offset = val & 63,置1用bits[index] |= (1L << offset),置0用&= ~(1L << offset),查询用(& (1L << offset)) != 0。

Java中可以用基本类型(如byte[]、int[]或long[])手动实现位图,核心是把每个整数的每一位当作一个布尔开关来用,避免为每个状态单独分配一个boolean(占1字节),从而节省93.75%以上空间(相比boolean[])。
为什么选long[]而不是byte[]?
用long[]更高效,因为:
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long是64位,一次位运算可覆盖64个元素,减少数组索引计算次数 - CPU对64位操作原生支持好,比逐字节操作快
- 内存局部性更强——一个
long连续存64个bit,缓存命中率高 - 实际工程中(如
java.util.BitSet底层)也优先使用long[]
关键位运算怎么写?
所有操作都围绕三个位运算展开,必须熟记逻辑:
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定位数组下标:用
index = val >> 6(等价于val / 64),右移6位比除法快 -
定位位偏移:用
offset = val & 63(等价于val % 64),63的二进制是0b111111,与运算比取模快 -
设为1:
bits[index] |= (1L << offset)(注意1L,否则1 << 63会溢出) -
设为0:
bits[index] &= ~(1L << offset) -
判断是否为1:
(bits[index] & (1L << offset)) != 0
如何处理动态扩容?
位图常用于未知上限的场景(比如实时日志去重),不能只按初始最大值预分配。稳妥做法是:
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- 构造时传入预估容量
max,初始化long[(max + 63) >> 6] -
set(int val)中检查val >= bits.length << 6,若越界则用Arrays.copyOf(bits, newLen)扩容 - 不建议每次
set都扩容——可设阈值,比如当前容量不足时扩为1.5倍 - 避免用
ArrayList<Long>包装,那会引入对象头和引用开销,失去位图意义
和java.util.BitSet比有什么区别?
自己用基本类型实现,优势明确:
- 内存零额外开销:
BitSet有对象头、words字段、sizeIsSticky等成员变量,而裸long[]就是纯数据 - 可定制行为:
BitSet的get()对未设置位返回false,但有些场景需要区分“未设置”和“明确置0”,手动实现可加标记位 - 便于内存映射:
long[]可直接与MappedByteBuffer对接,支撑GB级位图落盘 - 无同步开销:
BitSet部分方法带synchronized,高并发下成瓶颈;手动实现可按需加锁或用AtomicLongArray


















