TreeSet源码初探

附图:

timg.jpg

前言:

TreeSet是一个有序的集合,它的作用是提供有序的Set集合。底层数据结构是红黑树(是一种自平衡的二叉树),排序效率高效。它继承了AbstractSet抽象类,实现了NavigableSet<E>,Cloneable,Serializable接口。TreeSet是基于TreeMap实现的,TreeSet的元素支持2种排序方式:自然排序或者根据提供的Comparator(比较器)进行排序。

保证有序:红黑树保证有序
保证唯一:set保证唯一,根据比较的返回值是否为0。
(1)自然排序

使用的是无参构造,默认是自然排序。元素所在的类要实现comparable接口,并且要重写compareTo()方法。

(2)比较器排序

有参构造,集合的构造方法接收comparator的实现类对象,实现类需要重写compare()方法。

一: 结构关系

public class TreeSet<E> 
        extends AbstractSet<E> 
        implements NavigableSet<E>,Cloneable, Serializable {

TreeSet 是一个有序的集合,它的作用是提供有序的Set集合。它继承于AbstractSet抽象类,实现了NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable接口。
TreeSet 继承于AbstractSet,所以它是一个Set集合,具有Set的属性和方法。
TreeSet 实现了NavigableSet接口,意味着它支持一系列的导航方法。比如查找与指定目标最匹配项。
TreeSet 实现了Cloneable接口,意味着它能被克隆。
TreeSet 实现了java.io.Serializable接口,意味着它支持序列化。

二:重要知识点

(1):重要属性
(2):构造方法
(3):常用功能
(4):迭代方法
(5):两种排序(自然排序,比较器排序)
(6): HashSet,TreeSet,LinkedHashSet之间的区别:http://shmilyaw-hotmail-com.iteye.com/blog/1836431

三:源码浅析

3.1 重要属性
    //TreeSet的实现基于TreeMap(TreeMap实现NavigableMap),内部维护一个NavigableMap
    private transient NavigableMap<E, Object> m;

    //作用是把TreeSet的元素存入TreeMap中时,元素作为键,PRESENT作为值
    private static final Object PRESENT = new Object();

我们可以看到它的底层是用TreeMap来实现的,其实跟hashSet一样,真正的数据存在map的key中,儿value只是用一个PRESENT 普通对象填充,这样根据map的key不能重复就保证了其存储元素唯一的特性

3.2 构造方法
    //这个构造器不是导出API,在下面构造器有使用这个构造器
    TreeSet(NavigableMap<E, Object> m) {
        this.m = m;
    }

    //调用第一个的构造器,创建一个空的TreeSet,不提供比较器,使用元素自然顺序
    public TreeSet() {
        this(new TreeMap<E, Object>());//相当于执行了一句this.m = new TreeMap<E, Object>(); 
    }

    //调用第一个构造器,提供比较器,比较器由TreeMap维护,TreeSet本身没有比较器
    public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
        this(new TreeMap<>(comparator));
    }

上边的无参构造又调用的一个有参构造,来new一个TreeMap来承载元素,这也印证了那一句“TreeSet的底层是TreeMap”(hashSet的底层是hashMap)

3.3 添加一个元素
    //增加一个元素,可以看到e作为键,PRESENT作为值
    public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT) == null;
    }

我们可以看到,其添加方法就是调用map的put方法进行添加,元素为key,PRESENT为value

3.4 删除元素
    //删除一个元素,根据删除返回的结果是否和PRESENT等同来返回是否删除成功
    public boolean remove(Object o) {
        return m.remove(o) == PRESENT;
    }

    //清空Set
    public void clear() {
        m.clear();
    }

删除同样是调用map的删除操作

3.5 获取元素
    //返回集合的第一个元素
    public E first() {
        return m.firstKey();
    }

    //返回集合的最后一个元素
    public E last() {
        return m.lastKey();
    }

    // NavigableSet API methods

    //返回比e小的最大元素,不包括e
    public E lower(E e) {
        return m.lowerKey(e);
    }

    //返回比e小的最大元素,包括e
    public E floor(E e) {
        return m.floorKey(e);
    }

    //返回比e大的最小元素,包括e
    public E ceiling(E e) {
        return m.ceilingKey(e);
    }

    //返回比e大的最小元素,不包括e
    public E higher(E e) {
        return m.higherKey(e);
    }

    //返回并删除第一个元素
    public E pollFirst() {
        Map.Entry<E, ?> e = m.pollFirstEntry();
        return (e == null) ? null : e.getKey();
    }

    //返回并删除最后一个元素
    public E pollLast() {
        Map.Entry<E, ?> e = m.pollLastEntry();
        return (e == null) ? null : e.getKey();
    }

由于TreeSet是有序的,所以他有一系列的获取方法,其本质还是调用map的方法获取key并返回

3.7 升序降序
    //默认就是升序的

    //返回一个降序的TreeSet
    public NavigableSet<E> descendingSet() {
        return new TreeSet<>(m.descendingMap());
    }

TreeSet有升序降序的功能,默认是升序,所以只提供了一个降序方法,底层调用map将key降序而已

3.8 容量
    //Set含有的元素个数    
    public int size() {
        return m.size();
    }

    //判断是否为空,其实就是size会否为0
    public boolean isEmpty() {
        return m.isEmpty();
    }
3.9 迭代器
    //返回升序迭代器
    public Iterator<E> iterator() {
        return m.navigableKeySet().iterator();
    }

    //返回降序迭代器
    public Iterator<E> descendingIterator() {
        return m.descendingKeySet().iterator();
    }
3.10唯一性和有序性剖析

http://blog.csdn.net/dch9210/article/details/50951690

四:操作案例

五:线程安全问题

线程测试代码:
/**
 * ClassName: TestTreeSet
 * @author lvfang
 * @Desc: TODO
 * @date 2017-9-22
 */
public class TestTreeSet implements Runnable {
    
    private TreeSet<Integer> set = null;
    
    public TestTreeSet(TreeSet<Integer> set){
        this.set = set;
    }

    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<50;i++) set.add(i);
        System.out.println(set.size()); 
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Integer> set = new TreeSet<>();
        
        //单线程运行
        new Thread(new TestTreeSet(set)).start();
        
        //多线程运行
        //开启5个线程,每个向set中存储0-50,由于set是元素唯一的,所以最终只能有50个元素
        for(int i=0;i<5;i++){
            new Thread(new TestTreeSet(set)).start();
        }
    }
}

解决方案1:操作方法加同步
解决方案2:SortedSet s = Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet(...));

六:总结

七:相关文章

http://www.cnblogs.com/13jhzeng/p/5845845.html
http://www.cnblogs.com/yzf666/p/6473146.html

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