Java中TreeSet怎么实现?(详解)

本篇文章给大家带来的内容是关于Java中TreeSet怎么实现?(详解),有一定的参考价值,有需要的朋友可以参考一下,希望对你有所帮助。

HashSet是基于HashMap实现的,那TreeSet会是怎么实现的呢?没错!和大家想的一样,它是基于TreeMap实现的。所以,TreeSet的源码也很简单,主要还是理解TreeMap。

TreeSet的继承关系

按照惯例,先来看TreeSet类的继承关系:

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable

  1. 毫不意外的继承了抽象类AbstracSet,方便扩展;

  2. 实现了一个NavigableSet接口,和NavigableMap接口类似,提供了各种导航方法;

  3. 实现了Cloneable接口,可以克隆;

  4. 实现了Serializable接口,可以序列化;

这里主要看NavigableSet接口类:

public interface NavigableSet<E> extends SortedSet<E>

熟悉的味道,继承SortedSet接口。SortedSet则提供了一个返回比较器的方法:

Comparator<? super E> comparator();

和SortedMap一样,支持自然排序自定义排序。自然排序要求添加到Set中的元素实现Comparable接口,自定义排序要求实现一个Comparator比较器。

源码分析

关键点

关键点自然是TreeSet如何保证元素不重复以及元素有序的,前面说了它是基于TreeMap实现的,那我们来看看吧。

private transient NavigableMap<E,Object> m; // 保证有序
// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object(); // 固定Value

纵观TreeSet源码,发现只有这两个属性(还有个uid,这里就不算了)。很明显,m是用来保存元素的,但m声明的是NavigableMap而不是TreeMap。可以猜测,TreeMap应该是在构造方法里实例化的,这里使用NavigableMap可以让TreeSet更加灵活。PRESENT和HashSet中的PRESENT作用一样,作为固定Value值进行占位的。
再看add和remove方法:

public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT)==null;
    }
public boolean remove(Object o) {
        return m.remove(o)==PRESENT;
    }

和HashSet的实现一样,也是利用了Map保存的Key-Value键值对的Key不会重复的特点。

构造函数

果然,TreeSet中的TreeMap是在构造函数中初始化的。

public TreeSet() {
        this(new TreeMap<>()); // 默认自然排序的TreeMap
    }
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
        this(new TreeMap<>(comparator)); // 自定义比较器的TreeMap
    }
public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
        this(); // 还是用的默认
        addAll(c); // 将元素一个一个添加到TreeMap中
    }
 public TreeSet(SortedSet<E> s) {
        this(s.comparator()); // 使用传入的SortedSet的比较器
        addAll(s); // 一个一个添加元素
    }

默认实例化了一个自然排序的TreeMap,当然,我们可以自定义比较器。

这里跟踪下addAll方法:

public  boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        // Use linear-time version if applicable
        if (m.size()==0 && c.size() > 0 &&
            c instanceof SortedSet &&
            m instanceof TreeMap) {
            SortedSet<? extends E> set = (SortedSet<? extends E>) c;
            TreeMap<E,Object> map = (TreeMap<E, Object>) m; // 强转成TreeMap
            Comparator<?> cc = set.comparator();
            Comparator<? super E> mc = map.comparator();
            if (cc==mc || (cc != null && cc.equals(mc))) { // 要保证set和map的比较器一样
                map.addAllForTreeSet(set, PRESENT); // TreeMap专门为TreeSet准备的方法
                return true;
            }
        }
        return super.addAll(c);
    }

调用了TreeMap的addAllForTreeSet方法:

void addAllForTreeSet(SortedSet<? extends K> set, V defaultVal) {
        try {
            buildFromSorted(set.size(), set.iterator(), null, defaultVal);
        } catch (java.io.IOException | ClassNotFoundException cannotHappen) {
        }
    }

看到buildFromSorted,应该很熟悉,在TreeMap的文章中分析过。该方法将传入的集合元素构造成了一棵最底层的结点为红色,而其他结点都是黑色的红黑树。

导航方法

既然实现了NavigableSet,那各种导航方法自然少不了。它们的实现也很简单,直接调用m对应的导航方法即可。例如:

public E first() {
        return m.firstKey(); // 返回第一个元素
    }
public E lower(E e) {
        return m.lowerKey(e); // 返回小于e的第一个元素
    }
public NavigableSet<E> headSet(E toElement, boolean inclusive) {
        return new TreeSet<>(m.headMap(toElement, inclusive)); // 取前几个元素构成子集
    }
public E pollFirst() { // 弹出第一个元素
        Map.Entry<E,?> e = m.pollFirstEntry();
        return (e == null) ? null : e.getKey();
    }
public NavigableSet<E> descendingSet() { // 倒排Set
        return new TreeSet<>(m.descendingMap());
    }
......

这里需要注意的是返回子集合的方法,例如:headSet。返回的子集合是可以添加和删除元素的,但是有边界限制,举个栗子。

        // 前面构造了一个存储Int的Set
        // 3、5、7、9
        SortedSet<Integer> subSet = intSet.headSet(8); // 最大值7,超过7越界
        for (Integer sub : subSet) {
            System.out.println(sub);
        }
        subSet.add(2);
//        subSet.add(8); // 越界了
        subSet.remove(3);
        for (Integer sub : subSet) {
            System.out.println(sub);
        }

TreeSet也是支持逆序输出的,因为有descendingIterator的实现:

public Iterator<E> descendingIterator() {
        return m.descendingKeySet().iterator();
    }

总结

  1. TreeSet是基于TreeMap实现的,支持自然排序和自定义排序,可以进行逆序输出;

  2. TreeSet不允许null值;

  3. TreeSet不是线程安全的,多线程环境下可以使用SortedSet s = Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet(...));

以上就是Java中TreeSet怎么实现?(详解)的详细内容,更多请关注智伍应用其它相关文章!