使用bitmap实现可回收自增id

news2024/11/23 15:50:16

需求描述

设计一个方法，每次调用返回一个自增id，同时需要满足以下要求。

可更新id的状态为已使用，已使用的id下次调用时不再返回
可修改某个id的状态为未使用，下次调用时设为未使用状态的id可重新被返回

思路

思路一：如果数据量非常小，直接使用一个集合存储已使用的id，使用循环和维护这个集合即可，但数据量大了，此方法返回数据的时间复杂度和占用的空间都是比较大的。

思路二（推荐）：建立一个(位图)bitmap，初始时bitmap的每一位都为0，0代表未使用，1代表已使用。每次请求获取id时从此bitmap的第0位开始返回一个未使用的index即可。

以一个bitmap长度为65536的bitmap为例，示意图如下：

初始时每一个bit位值都为0

0	1	2	3	4	5	6	7	8	……	1024	……	65535
0	0	0	0	0	0	0	0	0	……	0	……	0

此时请求id返回的值为：0

0	1	2	3	4	5	6	7	8	……	1024	……	65535
1	1	1	1	1	0	1	1	1	……	1	……	0

如经过一段时间后，索引位置为5的数据变成了0未使用
此时请求id返回的值应为：5

具体实现

BitSet VS RoaringBitmap

解决思路有了，接下来就是代码实现。这里以java代码为例，可以直接使用jdk自带的java.util.BitSet实现，不过自带的BitSet在数据稀疏的场景下占用空间较大，且提供的原生方法较少。

这里推荐直接使用由2016年由几位大佬论文而开发的RoaringBitmap，可移步它的官网详细学习一把。https://roaringbitmap.org/about/

RoaringBitmap有java、go、c\c++、rust、swift等多个版本的实现，同时其时间与空间复杂度低，提供的方法也非常丰富。
github地址如下：https://github.com/RoaringBitmap

java代码实现

以下为《使用bitmap实现可回收自增id》的示例代码

引入依赖

		<dependency>
			<groupId>org.roaringbitmap</groupId>
			<artifactId>RoaringBitmap</artifactId>
			<version>1.0.0</version>
		</dependency>

示例代码：

    public static void main(String[] args) {
        RoaringBitmap rr = new RoaringBitmap();
        long l = rr.nextAbsentValue(0);
        System.out.println(l);//print 0
        rr.add(0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 1024, 1025);

        l = rr.nextAbsentValue(0);
        System.out.println(l);//print 5
        // index 5 set true(1)
        rr.add(5);
        l = rr.nextAbsentValue(0);
        System.out.println(l);//print 11
    }