快捷導(dǎo)航

詳解Java如何利用數(shù)字描述更多的信息

更新時(shí)間：2022年09月05日 08:54:16 作者：AntBlack

在數(shù)據(jù)庫(kù)里面?,通常我們會(huì)用數(shù)字的遞進(jìn)來描述狀態(tài)等信息?,?但是如果想進(jìn)行更復(fù)雜的操作?,?就有必要對(duì)二進(jìn)制有一定理解了。本文就來趣味性的探討一下?,?如何通過更少的空間描述更多的信息

一 . 前言

這一篇來趣味性的探討一下 , 如何通過更少的空間描述更多的信息

在數(shù)據(jù)庫(kù)里面 ,通常我們會(huì)用數(shù)字的遞進(jìn)來描述狀態(tài)等信息 , 但是如果想進(jìn)行更復(fù)雜的操作 , 就有必要對(duì)二進(jìn)制有一定理解了.

二 . 單數(shù)中描述信息

單數(shù)中保存多個(gè)信息的意思是 : 我們能把多少信息存儲(chǔ)到一串?dāng)?shù)字里面. 這里直接來通過一些案例來說明用法

用單個(gè)數(shù)字來表示狀態(tài)

這也是業(yè)務(wù)中最常見的一種使用方式 , 通過數(shù)字 1,2,3 等來描述一個(gè)狀態(tài) , 這種方式有一定的可讀性 , 也有足夠的擴(kuò)展性

如果從二進(jìn)制的角度說 , 這是一種進(jìn)位體現(xiàn)狀態(tài)的方式.

用單個(gè)數(shù)字來描述多個(gè)狀態(tài) : 包含多種狀態(tài)

單數(shù)描述多個(gè)信息這一塊首先能想到的就是 Linux 的權(quán)限表示法 , 在Linux 中有四種權(quán)限 , 分別如下 :

這種表示法的方式很簡(jiǎn)單, 從表象上來說就是兩數(shù)相加 , 把初始狀態(tài)設(shè)為 1 / 2 / 4 , 更復(fù)雜的狀態(tài)則是初始狀態(tài)的組合.

這種模式從二進(jìn)制的角度看的話能更明顯 , 每一位都標(biāo)識(shí)一種狀態(tài).在更復(fù)雜的場(chǎng)景中, 還可以通過質(zhì)數(shù)的數(shù)學(xué)特性 , 來做更多的擴(kuò)展

用單個(gè)數(shù)字來描述不同維度的信息 : 包含狀態(tài)和數(shù)量

這種體現(xiàn)最有代表的就是線程池的表現(xiàn)方式. 在線程池對(duì)象ThreadPoolExecutor 中 , 有個(gè)屬性可秀了 , 它叫 ctl.

// ctl 是一個(gè)整形原子類 , 它即表示了狀態(tài) , 有記錄了梳理
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
 //   : 此變量 記錄了 “線程池中的任務(wù)數(shù)量”和“線程池的狀態(tài)”兩個(gè)信息
//    : 高3位表示"線程池狀態(tài)"，低29位表示"線程池中的任務(wù)數(shù)量"
 //       - RUNNING : 111 : 該線程池能接收新任務(wù) ,且能對(duì)新任務(wù)進(jìn)行處理
 //       - SHUTDOWN : 000 : 不能接收新任務(wù) ,但是可以對(duì)任務(wù)進(jìn)行處理
//        - STOP : 001 : 不添加新任務(wù) , 不對(duì)任務(wù)進(jìn)行處理 , 會(huì)中斷正在執(zhí)行的任務(wù)
 //       - TIDYING : 010 : 當(dāng)所有的任務(wù)已終止，ctl記錄的"任務(wù)數(shù)量"為0，線程池會(huì)變?yōu)門IDYING狀態(tài)
 //           - 當(dāng)所有的任務(wù)已終止，ctl記錄的"任務(wù)數(shù)量"為0，線程池會(huì)變?yōu)門IDYING狀態(tài)
//        - TERMINATED : 011 : 線程池徹底終止的狀態(tài)
        
        
// 對(duì)數(shù)量的統(tǒng)計(jì)很簡(jiǎn)單 , 因?yàn)槭?低 29 位用來描述梳理 , 所以做正常的加減即可實(shí)現(xiàn)
private boolean compareAndIncrementWorkerCount(int expect) {
    return ctl.compareAndSet(expect, expect + 1);
}

private boolean compareAndDecrementWorkerCount(int expect) {
    return ctl.compareAndSet(expect, expect - 1);
}


// 對(duì)狀態(tài)的修改則是通過位運(yùn)算來做的
> S1 : 預(yù)先準(zhǔn)備多種狀態(tài)
private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

> S2 : 判斷是否是運(yùn)行狀態(tài)或停止?fàn)顟B(tài)
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;
// ~CAPACITY將反轉(zhuǎn)CAPACITY的值，也就是CAPACITY的高3位全部為1，低29位全部為0
// & 操作則可以得到高三位的值
private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; }
final boolean isRunningOrShutdown(boolean shutdownOK) {
    int rs = runStateOf(ctl.get());
    return rs == RUNNING || (rs == SHUTDOWN && shutdownOK);
}

這樣一個(gè)數(shù)字則將數(shù)據(jù)進(jìn)行了深度擴(kuò)展 , 了解一定的二進(jìn)制思想就足夠了解這些邏輯的變化

三. 宏觀思路

雪花算法對(duì)數(shù)字的整合

下面說的幾種方式會(huì)跳出二進(jìn)制 , 從業(yè)務(wù)的角度去看數(shù)字的玩法 , 先來看一段很常見的雪花算法

3 << 60 | timestamp - 1504000000000L << 20 | workerId << 10 | random.nextInt(128);

首位 : 可以自定義首位

時(shí)間戳 : 可以根據(jù)自己的業(yè)務(wù)情況定義毫秒級(jí) (這里我隨便給了個(gè)時(shí)間)

工作機(jī)器id：也被叫做workId，這個(gè)可以靈活配置，機(jī)房或者機(jī)器號(hào)組合都可以

隨機(jī)序列號(hào) : 自增值支持同一毫秒內(nèi)同一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以生成隨機(jī)多少個(gè)ID

類似的方式還可以有很多 , 一個(gè)數(shù)有很長(zhǎng)的位數(shù) , 我們可以通過這些位數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)邏輯 , 以表達(dá)不同的涵義.

偏移量對(duì)進(jìn)度的處理

說到偏移量 , 最簡(jiǎn)單的方向就是 for 循環(huán)時(shí)對(duì) size 進(jìn)行判斷 ,當(dāng)達(dá)到 size 后直接結(jié)束.

而稍微復(fù)雜點(diǎn)的就是 IO 流種對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行讀取, 分批去讀取數(shù)據(jù).

更深度一點(diǎn)的就是即進(jìn)行長(zhǎng)度的擴(kuò)展 , 又包含其他的信息 , 這一篇就來看一下 ObjectStream 中如何使用偏移量的.

ObjectStream 是一個(gè)對(duì)象流 , 通過 JDK 序列化對(duì)對(duì)象進(jìn)行轉(zhuǎn)換和解析.

在下面這個(gè)場(chǎng)景中 , 有一個(gè)對(duì)象叫 passHandle , ObjectStream 會(huì)通過該值作為下標(biāo)獲取存在對(duì)象列表中的對(duì)象 , 同時(shí)通過該對(duì)象判斷整體的進(jìn)度已經(jīng)狀態(tài)

// S1 : 初始化
private static final int NULL_HANDLE = -1;
private int passHandle = NULL_HANDLE;

// S2 : 寫入 passHandler (PS : 此處是在 ObjectOutputStream 中)
 bout.writeInt(baseWireHandle + passHandle);


// S3 : 解析 passHandler
passHandle = bin.readInt() - baseWireHandle;
if (passHandle < 0 || passHandle >= handles.size()) {
    throw new StreamCorruptedException...
}


// S4 : 通過 Handler 取位數(shù)
Object lookupObject(int handle) {
    return (handle != NULL_HANDLE &&
            status[handle] != STATUS_EXCEPTION) ?
        entries[handle] : null;
}

除了作為偏移量來確定進(jìn)度 , 還可以通過 passHandler 來標(biāo)識(shí)狀態(tài)

通常用偏移量來標(biāo)識(shí)狀態(tài)是需要和其他對(duì)象相配合的 , 例如集合 :

在下面這個(gè)案例里面 , passHandler 是作為 status 的下標(biāo)存在的 , 而每個(gè)下標(biāo)中都會(huì)存儲(chǔ)一個(gè)狀態(tài), 則就對(duì)整個(gè)序列化中的狀態(tài)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì) :

private static final byte STATUS_OK = 1;
private static final byte STATUS_UNKNOWN = 2;
private static final byte STATUS_EXCEPTION = 3;

在這個(gè)案例里面 , 游標(biāo)本身只代表了定位 , 但是它可以配合多個(gè)其他的對(duì)象 , 來擴(kuò)展其含義. 同時(shí)游標(biāo)可以通過設(shè)置負(fù)數(shù)形式 , 來擴(kuò)展其狀態(tài)含義. 當(dāng)其等于 -1 時(shí) , 則標(biāo)識(shí)不存在該對(duì)象 , 是另外一種層面的擴(kuò)展