Java位運算在程序設計中的使用：位掩碼（BitMask）

1.Java位運算在程序設計中的使用

在Java中，位運算符有不少，例如與(&)、非(~)、或(|)、異或(^)、移位(<<和>>)等。這些運算符在平常編碼中不多會用到。

在下面的一個例子中，會用到位掩碼（BitMask），其中包含大量的位運算。不僅是在Java中，其餘編寫語言中也是可使用的。

例如，在一個系統中，用戶通常有查詢(Select)、新增(Insert)、修改(Update)、刪除(Delete)四種權限，
四種權限有多種組合方式，也就是有16中不一樣的權限狀態（2的4次方）。

2.Permission

通常狀況下會想到用四個boolean類型變量來保存：

public class Permission {
	
	// 是否容許查詢
	private boolean allowSelect;
	
	// 是否容許新增
	private boolean allowInsert;
	
	// 是否容許刪除
	private boolean allowDelete;
	
	// 是否容許更新
	private boolean allowUpdate;

	// 省略Getter和Setter
}

上面用四個boolean類型變量來保存每種權限狀態。

3.NewPermission

下面是另一種方式，使用位掩碼的話，用一個二進制數便可，每一位來表示一種權限，0表示無權限，1表示有權限。

public class NewPermission {
	// 是否容許查詢，二進制第1位，0表示否，1表示是
	public static final int ALLOW_SELECT = 1 << 0; // 0001
	
	// 是否容許新增，二進制第2位，0表示否，1表示是
	public static final int ALLOW_INSERT = 1 << 1; // 0010
	
	// 是否容許修改，二進制第3位，0表示否，1表示是
	public static final int ALLOW_UPDATE = 1 << 2; // 0100
	
	// 是否容許刪除，二進制第4位，0表示否，1表示是
	public static final int ALLOW_DELETE = 1 << 3; // 1000
	
	// 存儲目前的權限狀態
	private int flag;

	/**
	 *  從新設置權限
	 */
	public void setPermission(int permission) {
		flag = permission;
	}

	/**
	 *  添加一項或多項權限
	 */
	public void enable(int permission) {
		flag |= permission;
	}
	
	/**
	 *  刪除一項或多項權限
	 */
	public void disable(int permission) {
		flag &= ~permission;
	}
	
	/**
	 *  是否擁某些權限
	 */
	public boolean isAllow(int permission) {
		return (flag & permission) == permission;
	}
	
	/**
	 *  是否禁用了某些權限
	 */
	public boolean isNotAllow(int permission) {
		return (flag & permission) == 0;
	}
	
	/**
	 *  是否僅僅擁有某些權限
	 */
	public boolean isOnlyAllow(int permission) {
		return flag == permission;
	}
}

以上代碼中，用四個常量表示了每一個二進制位代碼的權限項。

例如：

ALLOW_SELECT = 1 << 0 轉成二進制就是0001，二進制第一位表示Select權限。
ALLOW_INSERT = 1 << 1 轉成二進制就是0010，二進制第二位表示Insert權限。
private int flag存儲了各類權限的啓用和停用狀態，至關於代替了Permission中的四個boolean類型的變量。

用flag的四個二進制位來表示四種權限的狀態，每一位的0和1表明一項權限的啓用和停用，下面列舉了部分狀態表示的權限：

flag	刪除	修改	新增	查詢
1(0001)	0	0	0	1	只容許查詢（即等於ALLOW_SELECT）
2(0010)	0	0	1	0	只容許新增（即等於ALLOW_INSERT）
4(0100)	0	1	0	0	只容許修改（即等於ALLOW_UPDATE）
8(1000)	1	0	0	0	只容許刪除（即等於ALLOW_DELETE）
3(0011)	0	0	1	1	只容許查詢和新增
0	0	0	0	0	四項權限都不容許
15(1111)	1	1	1	1	四項權限都容許

使用位掩碼的方式，只須要用一個大於或等於0且小於16的整數便可表示全部的16種權限的狀態。
此外，還有不少設置權限和判斷權限的方法，須要用到位運算，例如：

public void enable(int permission) {
	flag |= permission; // 至關於flag = flag | permission;
}

調用這個方法能夠在現有的權限基礎上添加一項或多項權限。
添加一項Update權限：

permission.enable(NewPermission.ALLOW_UPDATE);

假設現有權限只有Select，也就是flag是0001。執行以上代碼，flag = 0001 | 0100，也就是0101，
便擁有了Select和Update兩項權限。添加Insert、Update、Delete三項權限

permission.enable(NewPermission.ALLOW_INSERT 
    | NewPermission.ALLOW_UPDATE | NewPermission.ALLOW_DELETE);

NewPermission.ALLOW_INSERT | NewPermission.ALLOW_UPDATE | NewPermission.ALLOW_DELETE運算結果是1110。
假設現有權限只有Select，也就是flag是0001。flag = 0001 | 1110，也就是1111，便擁有了這四項權限，至關於添加了三項權限。

上面的設置若是使用最初的Permission類的話，就須要下面三行代碼：

permission.setAllowInsert(true);
permission.setAllowUpdate(true);
permission.setAllowDelete(true);

4.兩者對比

1.設置僅容許Select和Insert權限

//Permission
permission.setAllowSelect(true);
permission.setAllowInsert(true);
permission.setAllowUpdate(false);
permission.setAllowDelete(false);
//NewPermission
permission.setPermission(NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT);

2.判斷是否容許Select和Insert、Update權限

//Permission
if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert() && permission.isAllowUpdate())

//NewPermission

if (permission. isAllow (NewPermission.ALLOW_SELECT 
    | NewPermission.ALLOW_INSERT | NewPermission.ALLOW_UPDATE))

3.判斷是隻否容許Select和Insert權限

//Permission
if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert() 
    && !permission.isAllowUpdate() && !permission.isAllowDelete())


//NewPermission
if (permission. isOnlyAllow (NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT))

兩者對比能夠感覺到MyPermission位掩碼方式相對於Permission的優點，能夠節省不少代碼量，位運算是底層運算，
效率也很是高，並且理解起來也很簡單。

5.一些用到位掩碼的源代碼

java.lang.reflect.Modifier

在Java反射中，java.lang.reflect.Modifier是用來判斷類、成員變量、方法等包含的修飾符。在Modifier的源代碼中能夠看到：

public static final int PUBLIC           = 0x00000001;
public static final int PRIVATE          = 0x00000002;  
public static final int PROTECTED        = 0x00000004;  
public static final int STATIC           = 0x00000008;  
public static final int FINAL            = 0x00000010;  
public static final int SYNCHRONIZED     = 0x00000020;
// ......
public static boolean isProtected(int mod) {
	return (mod & PROTECTED) != 0;
}
public static boolean isStatic(int mod) {
	return (mod & STATIC) != 0;
}

java.nio.channels.SelectionKey

java NIO SelectionKey 看按位運算符在權限設計中的運用

public static final int OP_READ = 1 << 0;

 public static final int OP_WRITE = 1 << 2;

 public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;

 public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;

android.text.util.Linkify

在Android開發中，Linkify能夠設置文本中的地址、電話、郵箱等是否支持點擊連接：

android.text.util.Linkify部分源碼：

public static final int WEB_URLS = 0x01;
public static final int EMAIL_ADDRESSES = 0x02;
public static final int PHONE_NUMBERS = 0x04;
public static final int MAP_ADDRESSES = 0x08;
public static final int ALL = WEB_URLS | EMAIL_ADDRESSES | PHONE_NUMBERS | MAP_ADDRESSES;

public static final boolean addLinks(Spannable text, int mask) {
    if (mask == 0) {
        return false;
    }

    URLSpan[] old = text.getSpans(0, text.length(), URLSpan.class);

    for (int i = old.length - 1; i >= 0; i--) {
        text.removeSpan(old[i]);
    }

    ArrayList<LinkSpec> links = new ArrayList<LinkSpec>();

    if ((mask & WEB_URLS) != 0) {
        gatherLinks(links, text, Patterns.WEB_URL,
            new String[] { "http://", "https://", "rtsp://" },
            sUrlMatchFilter, null);
    }

    if ((mask & EMAIL_ADDRESSES) != 0) {
        gatherLinks(links, text, Patterns.EMAIL_ADDRESS,
            new String[] { "mailto:" },
            null, null);
    }

    if ((mask & PHONE_NUMBERS) != 0) {
        gatherLinks(links, text, Patterns.PHONE,
            new String[] { "tel:" },
            sPhoneNumberMatchFilter, sPhoneNumberTransformFilter);
    }

    if ((mask & MAP_ADDRESSES) != 0) {
        gatherMapLinks(links, text);
    }

    pruneOverlaps(links);

    if (links.size() == 0) {
        return false;
    }

    for (LinkSpec link: links) {
        applyLink(link.url, link.start, link.end, text);
    }

    return true;
}