Java中的TreeSet集合解析
作者：姚舜禹_12140
这篇文章主要介绍了Java中的TreeSet集合解析, TreeSet是一个有序的集合,基于TreeMap实现,支持两种排序方式：自然排序和定制排序,
TreeSet是非同步的,线程不安全的,需要的朋友可以参考下
TreeSet是非同步的,线程不安全的,需要的朋友可以参考下
一、TreeSet介绍
TreeSet是一个有序的集合，基于TreeMap实现，支持两种排序方式：自然排序和定制排序。 TreeSet是非同步的，线程不安全的。
二、源码分析
1、TreeSet实现的接口
如下图：
观察上图：
- AbstractSet类：该类提供了Set接口的骨架实现，通过扩展此类来实现集合的过程与通过扩展AbstractCollection实现集合的过程相同，除了此类的子类中的所有方法和构造函数都必须遵守由Set接口施加的附加约束（例如，添加方法不能允许将一个对象的多个实例添加到集合中）。
- Navigable接口：支持一系列的导航方法。比如查找与指定目标最匹配项。
- Serializable接口：主要用于序列化，即：能够将对象写入磁盘。与之对应的还有反序列化操作，就是将对象从磁盘中读取出来。因此如果要进行序列化和反序列化，ArrayList的实例对象就必须实现这个接口，否则在实例化的时候程序会报错（java.io.NotSerializableException）。
- Cloneable接口：实现Cloneable接口的类能够调用clone方法，如果没有实现Cloneable接口就调用方法，就会抛出异常（java.lang.CloneNotSupportedException）。
2、TreeSet中的变量
- private transient NavigableMap<E,Object> m：存放元素的集合
- private static final Object PRESENT = new Object()：常量，构造一个虚拟的对象PRESENT，默认为map的value值（HashSet中只需要用到键，而HashMap是key-value键值对，使用PRESENT作为value的默认填充值，解决差异问题）
3、TreeSet的构造方法
（1）同包下的构造方法
TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
this.m = m;
}（2）无参构造方法
public TreeSet() {
this(new TreeMap<E,Object>());
}（3）带比较器的构造方法
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
this(new TreeMap<>(comparator));
}（4）带集合参数的构造方法
public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}（5）带SortMap的构造方法
public TreeSet(SortedSet<E> s) {
this(s.comparator());
addAll(s);
}通过上面的构造方法，可以看出TreeSet的底层是用TreeMap实现的。在构造方法中会创建一个TreeMap实例，用于存放元素，另外TreeSet是有序的，也提供了制定比较器的构造函数，如果没有提供比较器，则采用key的自然顺序进行比较大小，如果指定的比较器，则采用指定的比较器，进行key值大小的比较。
4、常用方法
//遍历方法，返回m.keyset集合
public Iterator<E> iterator() {
return m.navigableKeySet().iterator();
}
//逆序排序的迭代器
public Iterator<E> descendingIterator() {
return m.descendingKeySet().iterator();
}
/**
* @since 1.6
*/
public NavigableSet<E> descendingSet() {
return new TreeSet<>(m.descendingMap());
}
//返回 m 包含的键值对的数量
public int size() {
return m.size();
}
//是否为空
public boolean isEmpty() {
return m.isEmpty();
}
//是否包含指定的key
public boolean contains(Object o) {
return m.containsKey(o);
}
//添加元素，调用m.put方法实现
public boolean add(E e) {
return m.put(e, PRESENT)==null;
}
//删除方法，调用m.remove()方法实现
public boolean remove(Object o) {
return m.remove(o)==PRESENT;
}
//清除集合
public void clear() {
m.clear();
}
//将一个集合中的所有元素添加到TreeSet中
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;
Comparator<? super E> cc = (Comparator<? super E>) set.comparator();
Comparator<? super E> mc = map.comparator();
if (cc==mc || (cc != null && cc.equals(mc))) {
map.addAllForTreeSet(set, PRESENT);
return true;
}
}
return super.addAll(c);
}
//返回子集合，通过 m.subMap()方法实现
public NavigableSet<E> subSet(E fromElement, boolean fromInclusive,
E toElement, boolean toInclusive) {
return new TreeSet<>(m.subMap(fromElement, fromInclusive,
toElement, toInclusive));
}
//返回set的头部
public NavigableSet<E> headSet(E toElement, boolean inclusive) {
return new TreeSet<>(m.headMap(toElement, inclusive));
}
//返回尾部
public NavigableSet<E> tailSet(E fromElement, boolean inclusive) {
return new TreeSet<>(m.tailMap(fromElement, inclusive));
}
//返回子Set
public SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement) {
return subSet(fromElement, true, toElement, false);
}
//返回set的头部
public SortedSet<E> headSet(E toElement) {
return headSet(toElement, false);
}
//返回set的尾部
public SortedSet<E> tailSet(E fromElement) {
return tailSet(fromElement, true);
}
//返回m使用的比较器
public Comparator<? super E> comparator() {
return m.comparator();
}
//返回第一个元素
public E first() {
return m.firstKey();
}
//返回最后一个元素
public E last() {
return m.lastKey();
}
//返回set中小于e的最大的元素
public E lower(E e) {
return m.lowerKey(e);
}
//返回set中小于/等于e的最大元素
public E floor(E e) {
return m.floorKey(e);
}
//返回set中大于/等于e的最大元素
public E ceiling(E e) {
return m.ceilingKey(e);
}
//返回set中大于e的最小元素
public E higher(E e) {
return m.higherKey(e);
}
//获取TreeSet中第一个元素，并从Set中删除该元素
public E pollFirst() {
Map.Entry<E,?> e = m.pollFirstEntry();
return (e == null) ? null : e.getKey();
}
//获取TreeSet中最后一个元素，并从Set中删除该元素
public E pollLast() {
Map.Entry<E,?> e = m.pollLastEntry();
return (e == null) ? null : e.getKey();
}
//克隆方法
public Object clone() {
TreeSet<E> clone = null;
try {
clone = (TreeSet<E>) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new InternalError();
}
clone.m = new TreeMap<>(m);
return clone;
}
//将对象写入到输出流中。
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException {
// Write out any hidden stuff
s.defaultWriteObject();
// Write out Comparator
s.writeObject(m.comparator());
// Write out size
s.writeInt(m.size());
// Write out all elements in the proper order.
for (E e : m.keySet())
s.writeObject(e);
}
//从输入流中读取对象的信息
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
// Read in any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// Read in Comparator
Comparator<? super E> c = (Comparator<? super E>) s.readObject();
// Create backing TreeMap
TreeMap<E,Object> tm;
if (c==null)
tm = new TreeMap<>();
else
tm = new TreeMap<>(c);
m = tm;
// Read in size
int size = s.readInt();
tm.readTreeSet(size, s, PRESENT);
}5、TreeSet的两种排序方式
（1）实现Comparator接口，重写compare方法
import java.util.*;
class Student{
private int id;
private String name;
private int age;
public Student(int id, String name, int age) {
this.id = id;
this.name = name;
this.age = age;
}
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"id=" + id +
", name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
class MyComparator implements Comparator{
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
Student s1 = (Student) o1;
Student s2 = (Student) o2;
return s1.getAge() - s2.getAge();
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
TreeSet treeSet = new TreeSet(new MyComparator());
treeSet.add(new Student(1, "tom", 23));
treeSet.add(new Student(2, "Jerry", 20));
treeSet.add(new Student(3, "Jack", 17));
treeSet.add(new Student(4, "Marry", 54));
treeSet.add(new Student(5, "Baby", 8));
Iterator iterator = treeSet.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
（2）实现Comparable接口，覆写compareTo()方法
import java.util.*;
class Student implements Comparable{
private int id;
private String name;
private int age;
public Student(int id, String name, int age) {
this.id = id;
this.name = name;
this.age = age;
}
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"id=" + id +
", name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
@Override
public int compareTo(Object o) {
if(!(o instanceof Student)){
throw new RuntimeException("对象有问题");
}
Student s = (Student) o;
if(this.age > s.age){
return -1;
}else{
return 1;
}
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
TreeSet treeSet = new TreeSet();
treeSet.add(new Student(1, "tom", 23));
treeSet.add(new Student(2, "Jerry", 20));
treeSet.add(new Student(3, "Jack", 17));
treeSet.add(new Student(4, "Marry", 54));
treeSet.add(new Student(5, "Baby", 8));
Iterator iterator = treeSet.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
三、总结
1、TreeSet总结
- TreeSet实际上是TreeMap实现的，所以底层结构也是红黑树。TreeSet不需要重写hashCode()和euqals()方法，因为它去重是依靠比较器来去重，因为结构是红黑树，所以每次插入都会遍历比较来寻找节点插入位置，如果发现某个节点的值是一样的那就会直接覆盖。
- 当我们构造TreeSet时；若使用不带参数的构造函数，则TreeSet的使用自然比较器；若用户需要使用自定义的比较器，则需要使用带比较器的参数。
- TreeSet是非线程安全的。
- TreeSet实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时，依次写入“比较器、容量、全部元素”；当读出输入流时，再依次读取。
2、HashSet、LinkedHashSet 以及 TreeSet。
（1）HashSet
- 不能保证元素的排列顺序，顺序有可能发生变化
- 不是同步的，非线程安全
- 集合元素可以是null，但只能放入一个null
- 当向HashSet结合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值，然后根据 hashCode值来决定该对象在HashSet中存储位置。
- 简单的说，HashSet集合判断两个元素相等的标准是两个对象通过equals方法比较相等，并且两个对象的hashCode()方法返回值相等
- 注意，如果要把一个对象放入HashSet中，重写该对象对应类的equals方法，也应该重写其hashCode()方法。其规则是如果两个对象通过equals方法比较返回true时，其hashCode也应该相同。另外，对象中用作equals比较标准的属性，都应该用来计算hashCode的值。
（2）LinkedHashSet
LinkedHashSet集合同样是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但是它同时使用链表维护元素的次序。这样使得元素看起 来像是以插入顺序保存的，也就是说，当遍历该集合时候，LinkedHashSet将会以元素的添加顺序访问集合的元素。
- LinkedHashSet中不能有相同元素，可以有一个Null元素，元素严格按照放入的顺序排列。
- LinkedHashSet底层数据结构由哈希表和链表组成，链表保证了元素的有序即存储和取出一致，哈希表保证了元素的唯一性。
- LinkedHashSet添加、删除操作时间复杂度都是O(1)。
（3）TreeSet
- TreeSet支持两种排序方式，自然排序 和定制排序，其中自然排序为默认的排序方式。向TreeSet中加入的应该是同一个类的对象。
- TreeSet判断两个对象不相等的方式是两个对象通过equals方法返回false，或者通过CompareTo方法比较没有返回0
- TreeSet是中不能有相同元素，不可以有Null元素，根据元素的自然顺序进行排序。
- TreeSet底层的数据结构是红黑树(一种自平衡二叉查找树)
- 添加、删除操作时间复杂度都是O(log(n))
（4）使用场景
HashSet是基于Hash算法实现的，其性能通常都优于TreeSet。我们通常都应该使用HashSet，在我们需要排序的功能时，我们才使用TreeSet。
（5）对象的加入过程
TreeSet集合对象的加入过程：
TreeSet的底层是通过二叉树来完成存储的，无序的集合 当我们将一个对象加入treeset中，treeset会将第一个对象作为根对象，然后调用对象的compareTo方法拿第二个对象和第一个比较，当返回值等于0时，说明2个对象内容相等，treeset就不把第二个对象加入集合。返回>1时，说明第二个对象大于第一个对象，将第二个对象放在右边，返回-1时，则将第二个对象放在左边，依次类推 。
HashSet集合对象的加入过程：
hashset底层是hash值的地址，它里面存的对象是无序的。 第一个对象进入集合时，hashset会调用object类的hashcode根据对象在堆内存里的地址调用对象重写的hashcode计算出一个hash值，然后第一个对象就进入hashset集合中的任意一个位置。 第二个对象开始进入集合，hashset先根据第二个对象在堆内存的地址调用对象的计算出一个hash值，如果第二个对象和第一个对象在堆内存里的地址是相同的，那么得到的hash值也是相同的，直接返回true，hash得到true后就不把第二个元素加入集合（这段是hash源码程序中的操作）。如果第二个对象和第一个对象在堆内存里地址是不同的，这时hashset类会先调用自己的方法遍历集合中的元素，当遍历到某个元素时，调用对象的equals方法，如果相等，返回true，则说明这两个对象的内容是相同的，hashset得到true后不会把第二个对象加入集合。
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