Java集合--TreeSet详细解析

Posted 2021-10-31 -1007813544

目录

• 1.构造函数
• 2.增
• 3.删
• 4.比较器
• 总结

谈到TreeSet的特点，估计大家脑海里想到的都是：有序，不可重复，红黑树，基于Treemap实现，自定义排序等特点。这篇博客帮助大家从源码梳理下TreeSet的知识点。

1.构造函数

TreeSet提供了四种构造器

• TreeSet()
• TreeSet(Collection< ? extends E> c)
• TreeSet(Comparator< ? super E> comparator)
• TreeSet(SortedSet< E > s)

四种构造器在底层都调用了同一个方法。以无参构造函数为例。[1]处的this方法最终调用的是[2]的方法，其中四个构造器的传参都被TreeMap封装了一层。

   public TreeSet() {
        this(new TreeMap<E,Object>()); //[1]
    }
    TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {//[2]
        this.m = m;
    }

2.增

TreeSet在添加元素时，会把元素放入TreeMap中的key上来确保元素的唯一性，并让其value指向一个空对象。TreeSet#add()方法会调用TreeMap#put()方法添加元素，添加元素时，从树的根节点开始遍历直到找到新增元素的parent节点，添加进去。通过TreeMap的源码可以看出维护的是一个红黑树数据结构。

PS:由于TreeSet的实例化时都会调用TreeMap的无参构造函数，此时
TreeMap#comparator=null;

   private static final Object PRESENT = new Object();
   
   public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT)==null;
    }
    
    public  boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        // Use linear-time version if applicable
        if (m.size()==0 && c.size() > 0 &&
            c instanceof SortedSet &&   //是否是SortedSet类或其子类
            m instanceof TreeMap) {
            SortedSet<? extends E> set = (SortedSet<? extends E>) c;
            TreeMap<E,Object> map = (TreeMap<E, Object>) m;
            Comparator<?> cc = set.comparator();
            Comparator<? super E> mc = map.comparator();
            if (cc==mc || (cc != null && cc.equals(mc))) {//[3]
                map.addAllForTreeSet(set, PRESENT);
                return true;
            }
        }
        return super.addAll(c); // 不是SortedSet子类，就是Collection子类
    }

3.删

TreeSet中提供了两个和删除相关的方法。
TreeSet#clear()复用了TreeMap#clear()方法，把root节点置为null,size置为0；
通过TreeSet#remove()移除特定元素时，TreeSet首先先遍历出该元素，然后将红黑树中的元素置为null，重新平衡红黑树。

   public boolean remove(Object o) {
        return m.remove(o)==PRESENT;
    }
    
       public void clear() {
        m.clear();
    }
    
        /**
     * Delete node p, and then rebalance the tree.
     */
    private void deleteEntry(Entry<K,V> p) {
        modCount++;
        size--;
        // If strictly internal, copy successor's element to p and then make p
        // point to successor.
        if (p.left != null && p.right != null) {
            Entry<K,V> s = successor(p);
            p.key = s.key;
            p.value = s.value;
            p = s;
        } // p has 2 children

        // Start fixup at replacement node, if it exists.
        Entry<K,V> replacement = (p.left != null ? p.left : p.right);

        if (replacement != null) {
            // Link replacement to parent
            replacement.parent = p.parent;
            if (p.parent == null)
                root = replacement;
            else if (p == p.parent.left)
                p.parent.left  = replacement;
            else
                p.parent.right = replacement;

            // Null out links so they are OK to use by fixAfterDeletion.
            p.left = p.right = p.parent = null;

            // Fix replacement
            if (p.color == BLACK)
                fixAfterDeletion(replacement);
        } else if (p.parent == null) { // return if we are the only node.
            root = null;
        } else { //  No children. Use self as phantom replacement and unlink.
            if (p.color == BLACK)
                fixAfterDeletion(p);

            if (p.parent != null) {
                if (p == p.parent.left)
                    p.parent.left = null;
                else if (p == p.parent.right)
                    p.parent.right = null;
                p.parent = null;
            }
        }
    }

4.比较器

TreeSet中有两种排序，一个是自然排序，一个是重写compareTo()方法自定义排序。
自然排序可以参考Integer，String等类中的实现。其顺序也是我们常见的“1,2,3,4”，“a,b,c,d”。假如我们想让Student对象中String类型的字段倒序输出呢

@Data
public class Student implements Comparable<Student>{
    String name;
    /**
     * 这里的参数o,其实是TreeMap中维护的根节点
     * @param o
     * @return
     */
    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        System.out.println("name:"+name+",参数:"+o.getName());
        int i = this.name.compareTo(o.getName());
       return i==0?0:-i;
    }
}

public static void main(String[] args) {
        Set<Student> set = new TreeSet<>();
        Student a = new Student();
        a.setName("a");
        Student b = new Student();
        b.setName("b");
        Student c = new Student();
        c.setName("c");
        Student d = new Student();
        d.setName("d");
        Student e = new Student();
        e.setName("e");
        Student f = new Student();
        f.setName("f");
        set.add(a);
        set.add(c);
        set.add(e);
        set.add(b);
        set.add(d);
        set.add(f);
        for (Student str: set) {
            System.out.print(str.getName());
        }
    }

其结果如下：

从打印的日志可以看出，每次插入新的元素，都会从根节点开始遍历比较。当然TreeSet中也提供了我们倒序输出的方法。有兴趣可以自己试验下。

• descendingSet()
• descendingIterator()

总结

TreeSet是通过TreeMap实现的一个有序的、不可重复的集合，底层维护的是红黑树结构。当TreeSet的泛型对象不是java的基本类型的包装类时，对象需要重写Comparable#compareTo()方法