Java BitSet的set方法如何通过左移运算设置指定比特位

Java BitSet的set(int bitIndex)方法用于将指定索引的比特位置为true（即二进制1），方法完整源码如下：

public void set(int bitIndex) {
    if (bitIndex < 0)
        throw new IndexOutOfBoundsException("bitIndex < 0: " + bitIndex);

    int wordIndex = wordIndex(bitIndex);
    expandTo(wordIndex);

    words[wordIndex] |= (1L << bitIndex); // Restores invariants

    checkInvariants();
}

去掉参数校验、数组扩容、一致性检查的辅助逻辑，核心功能完全由words[wordIndex] |= (1L << bitIndex)这行代码实现，原理可以拆成两部分理解：

底层存储基础 #

BitSet底层用long[]类型的words数组存储比特位，每个long值占64位，因此单个数组元素可以存储64个连续的比特位。wordIndex(bitIndex)的作用就是计算目标比特位落在数组的哪个下标位置，本质是做bitIndex / 64的整除运算，确保我们只会修改存储了目标比特的那个数组元素，不会碰其他位置的存储字。

掩码生成与按位或运算 #

这行代码的右侧1L << bitIndex是整个逻辑的核心，作用是生成仅目标比特位为1、其余位全为0的位掩码：

• 首先1L是64位长整型的数值1，二进制表示只有最低位（第0位）为1，剩余63位全为0
• 左移运算符<< n会把二进制位整体向左移动n位，低位补0，因此1L << bitIndex就会把唯一的1，从第0位移到和目标比特位对应的偏移位置。这里要注意必须用1L而不是int类型的1：int只有32位，左移超过31位就会出现溢出错误，而64位的long可以覆盖单个存储字的全部位位置；同时Java对long左移超过64位的场景会自动对移位数取模64，刚好和wordIndex的整除计算逻辑匹配，不会出现错位。

生成掩码之后，用按位或运算符|=把掩码和原有存储字的值做合并：
按位或的运算规则是，两个操作数对应比特位只要有一个为1，结果位就为1，否则为0。这就带来两个效果：

• 掩码上为0的所有位：和原有值做或运算时，结果完全等于原有值，不会产生任何修改
• 掩码上为1的目标位：不管原有值在这个位置是0还是1，运算后结果一定为1，正好实现置1的需求

举个简单的示例：假设当前存储字的值是二进制1010（即十进制10，第1、3位为1），现在要把第2位置为1：

1. 生成掩码：1L << 2 对应二进制0100
2. 做或运算：1010 | 0100 = 1110
   运算结果里只有第2位从0变成了1，其余位和原值完全一致，没有多余修改。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者yoni