OpenHarmony 3.1 Beta版本關鍵特性解析——ArkUI容器類API介紹
（以下內容來自開發者分享，不代表 OpenHarmony 項目群工作委員會觀點）
劉鑫
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 ArkUI 開發框架中，容器類採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餘分支，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 ArkUI 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 ArkUI 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。
1.1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。
1.1.1 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記憶體空間，初始容量大小為 10，並支援動態擴容，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：
1.1.2 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記憶體空間，初始容量大小為 10，並支援動態擴容，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 在支援操作符訪問的基礎上，還增加了 get/set 介面，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：
1.1.3 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，在記憶體中的存儲位置可以是不連續的。
可以通過 get/set 等介面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：
1.1.4 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後遍歷 List。LinkedList 依據泛型定義，在記憶體中的存儲位置可以是不連續的。
可以通過 get/set 等介面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：
1.1.5 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記憶體空間，初始容量大小為 8，並支援動態擴容，每次擴容大小為原始容量的 2 倍。Queue 底層採用循環隊列實現，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：
1.1.6 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記憶體空間，其初始容量大小為 8，並支援動態擴容，每次擴容大小為原始容量的 2 倍。Deque 底層採用循環隊列實現，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：
1.1.7 Stack
Stack 可用來構造棧對象，存儲元素遵循後進先出的規則。Stack 依據泛型定義，要求存儲位置是一片連續的記憶體空間，初始容量大小為 8，並支援動態擴容，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：
1.2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 標準。
1.2.1 HashMap
HashMap 可用來存儲具有關聯關係的 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，並支援動態擴容，每次擴容大小為原始容量的 2 倍。HashMap 底層基於 HashTable 實現，衝突策略採用鏈地址法。HashMap 進行增、刪、改、查操作的相關 API 如下：
1.2.2 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，支援動態擴容，每次擴容大小為原始容量的 2 倍。value 的類型滿足 ECMA 標準中要求的類型。HashSet 底層基於 HashTable 實現，衝突策略採用鏈地址法。HashSet 進行增、刪、改、查操作的相關 API 如下：
1.2.3 TreeMap
TreeMap 可用來存儲具有關聯關係的 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地找到鍵值對。key 的類型滿足 ECMA 標準中要求的類型。TreeMap 中的鍵值是有序存儲的。TreeMap 底層基於紅黑樹實現，可以進行快速地插入和刪除。TreeMap 進行增、刪、改、查操作的相關 API 如下：
1.2.4 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地找到該 value 值，value 的類型滿足 ECMA 標準中要求的類型。TreeSet 中的值是有序存儲的。TreeSet 底層基於紅黑樹實現，可以進行快速地插入和刪除。TreeSet 進行增、刪、改、查操作的相關 API 如下：
1.2.5 LightWeightMap
LigthWeightMap 可用來存儲具有關聯關係的 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，採用更加輕量級的結構，集合中的 key 值的查找依賴於 hash 值以及二分查找演算法，通過一個數組存儲 hash 值，然後映射到其他數組中的 key 值以及 value 值，key 的類型滿足 ECMA 標準中要求的類型。
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，其衝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：
1.2.6 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，採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 以及二分查找演算法，通過一個數組存儲 hash 值，然後映射到其他數組中的 value 值，value 的類型滿足 ECMA 標準中要求的類型。
LigthWeightSet 底層標識唯一 value 基於 hash 實現，其衝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：
1.2.7 PlainArray
PlainArray 可用來存儲具有關聯關係的鍵值對集合，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 採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演算法，然後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、容器類的介面調用、容器類對象模型的構建以及攔截器處理。
2.1 容器類初始化
在 ArkUI 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 的容器類的載入。如下圖所示，是容器類初始化流程，在 NAPI 載入的過程中，會通過 ArkPrivate.Load 介面載入對應的容器類。ArrayList 在引擎中會初始化 Constructor 以及 Prototype 並返回，最後應用側可以獲得該容器類並使用。
2.2 容器類介面調用
在 ArkUI 開發框架中，容器類 API 的調用流程如下，用戶先通過 new ArrayList 進入引擎得到對應的 arraylist 對象，然後可以通過 add 介面向對象中添加元素，元素最終會添加到一片和該 arraylist 綁定的記憶體空間。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。
2.3 容器類對象模型
在 ArkUI 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。
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
（註：TS 中的實現，擴容策略及初始分配容量不感知)
2.4 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。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。
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。那麼，我們怎麼使用容器類 API 呢？本文列舉常用的典型容器的使用示例，包括導入模組、增加元素、訪問元素及修改等操作：
// ArrayList
import ArrayList from '@ohos.util.ArrayList' // 導入ArrayList模組
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模組
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模組
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模組
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模組
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模組
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模組
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模組
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模組
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 ArkUI 開發框架的容器類開發出更多高性能的應用。
