BitSet的内部原理以及使用指南

在Java开发中，我们一般使用boolean类型来存储布尔值（true/false），但是我们有没有想过一个boolean类型的值会占用1个byte的内存，但是其实我们只需要1bit的内存就可以表示true/false了，也就是说我们有很大部分内存浪费了，如果是大量存储的话，那浪费的内存数量就很可观了。

其实Java SDK中提供了BitSet来优化这个问题，只使用1bit来表示true/false，下面就来思考一下它是如何实现的。首先，在Java中是没有只占用1bit的数据类型，所以只能使用byte/int/short等类型来存储，再通过位运算来操作某个bit位，简单起见，我们使用byte类型来举例说明。一个byte类型占8bit，我们用一个byte来存储8个标识位，默认设置8个标识位都为0

byte seg = 0

seg对应8个bit位存储的值为

0 0 0 0 0 0 0 0 

一、设置标识位

如果要设置index=3的标识位为1，需要使用左移位运算<<和按位或运算|来实现

seg |= 1 << 3

执行完之后，seg对应8个bit位存储的值为

0 0 0 0 1 0 0 0

如果要设置index=7的标识位为1，执行类似的操作

seg |= 1 << 7

执行完之后，seg对应8个bit位存储的值为

1 0 0 0 1 0 0 0

二、清除标识位

假设当前seg对应8个bit位存储的值为

1 0 0 0 1 0 0 0

如果要清除index=3的标识位，需要使用左移位运算<<、按位非运算~和按位与运算&来实现

seg &= ~(1 << 3)

执行完之后，seg对应8个bit位存储的值为

1 0 0 0 0 0 0 0

如果要清除index=7的标识位，执行类似的操作

seg &= ~(1 << 7)

执行完之后，seg对应8个bit位存储的值为

0 0 0 0 0 0 0 0

三、获取标识位

假设当前seg对应8个bit位存储的值为

1 0 0 0 1 0 0 0

如果要获取index=3位置的标识位，需要使用左移位运算<<和按位与运算&来实现

boolean isTrue = (seg & 1 << 3) > 0

1 0 0 0 1 0 0 0

                               &

0 0 0 0 1 0 0 0

                               =

0 0 0 0 1 0 0 0

计算结果大于0，说明标识位是1，反之则为0

四、BitSet使用

BitSet内部的原理就是利用位运算来实现的，不过它不是使用byte类型来存储数据，而是用long类型，这样一个元素就能存储64bit，在寻找index的真实bit位存储位置时，需要用index除以64或者使用位运算右移6位，这些BitSet内部都已经封装好了，直接使用即可，需要注意点的是，BitSet不是线程安全的，如果要保证线程安全需要自己加锁处理。