Java常用数据结构之Set之TreeSet

上篇文章我们分析了HashSet,它是基于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。

按照惯例,先来看TreeSet类的继承关系:

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 extends AbstractSet
    implements NavigableSet,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:

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 extends SortedSet

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

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 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。

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。

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 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addremove方法
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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。

函数

果然,TreeSet中的TreeMap是在构造函数中初始化的。

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()); // 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 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

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 c) {
        // Use linear-time version if applicable
        if (m.size()==0 && c.size() > 0 &&
            c instanceof SortedSet &&
            m instanceof TreeMap) {
            SortedSet set = (SortedSet) c;
            TreeMap map = (TreeMap) m; // 强转成TreeMap
            Comparator cc = set.comparator();
            Comparator 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

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 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。

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:

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public E lower(E e) {
return m.lowerKey(e); // 返回小于e的第一个元素
}

public NavigableSet 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 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删除元素的,但是有边界限制,举个栗子。

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 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:

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 descendingIterator() {
        return m.descendingKeySet().iterator();
    }

  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(...))

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