Java常用数据结构之Set之TreeSet

发布时间：2020-12-14 06:12:59 所属栏目：Java 来源：网络整理

导读：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： extends AbstractSet implem

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：

extends AbstractSet implements NavigableSet,Cloneable,java.io.Serializable

毫不意外的继承了抽象类AbstracSet，方便扩展；
实现了一个NavigableSet接口，和NavigableMap接口类似，提供了各种导航方法；
实现了Cloneable接口，可以克隆；
实现了Serializable接口，可以序列化；

这里主要看NavigableSet接口类：

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：

comparator();

和SortedMap一样，支持自然排序和自定义排序。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。

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 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。

果然，TreeSet中的TreeMap是在构造函数中初始化的。

()); // 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：

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：

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。

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 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和删除元素的，但是有边界限制，举个栗子。

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：

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

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；

TreeSet不允许null值；

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

（编辑：李大同）

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