本篇分析TreeMap。
TreeMap的定义及说明
定义如下：
public class TreeMap
extends AbstractMap
implements NavigableMap, Cloneable, java.io.Serializable{}p
1、继承了AbstractMap及实现了NavigableMap接口。我们从集合框架那一篇文章中已经知道NavigableMap是一个扩展了SortedMap接口的接口。而SortedMap接口主要提供有序的Map实现。所以TreeMap是一个有序的Map。
2、实现了Cloneable，即支持clone。
3、实现了java.io.Serializable，即支持序列化和反序列化。
TreeMap是基于红黑树的实现的。根据其键的可比较的自然顺序，或者创建时提供的Comparator进行排序，具体取决于使用的构造函数。
接下来看构造方法：
//比较器，用于维护TreeMap中映射的顺序，如果它使用其键的自然顺序，则为null。
private final Comparator comparator;
//构造一个根据键的自然顺序排序的TreeMap
public TreeMap() {
//比较器为null
comparator = null;
}
//构造空的，给定比较器的TreeMap
public TreeMap(Comparator comparator) {
//使用指定的比较器
this.comparator = comparator;
}
//构造一个与给定映射相同的TreeMap，根据其键的自然顺序进行排序
public TreeMap(Map m) {
comparator = null;
//将指定映射中的所有映射复制到此TreeMap。这些映射将替换TreeMap中对当前位于指定映射中的任何键的任何映射
putAll(m);
}
//构造一个与m具有相同元素和元素顺序的TreeMap
public TreeMap(SortedMap m) {
//返回用于对m中的键进行排序的比较器
comparator = m.comparator();
try {
//使用线性时间算法来自排序数据
buildFromSorted(m.size(),m.entrySet().iterator(), null, null);
} catch (java.io.IOException cannotHappen) {
} catch (ClassNotFoundException cannotHappen) {
}
}
从构造函数中我们知道，如果我们没有指定比较器，则使用键的自然顺序排序。
TreeMap源码简析
按照惯例，去看给TreeMap赋值的put()方法:
//比较器
private final Comparator comparator;
//红黑树的根节点
private transient TreeMapEntry root;
//TreeMap的大小
private transient int size = 0;
//TreeMap修改次数
private transient int modCount = 0;
public V put(K key, V value) {
//将根节点的值赋予t
TreeMapEntry t = root;
//判断根节点是否为null
if (t == null) {
//根节点为null，判断比较器是否为null
if (comparator != null) {
//比较器为null，判断key是否为null
if (key == null) {
//检查输入null值的副作用
comparator.compare(key, key);
}
} else {
//如果比较器不为null，判断key是否为null
if (key == null) {
//key为null，抛出异常
throw new NullPointerException("key == null");
} else if (!(key instanceof Comparable)) {
//comparator为null，key不为null，但是key对象没有实现Comparable接口，则抛出异常
throw new ClassCastException(
"Cannot cast" + key.getClass().getName() + " to Comparable.");
}
}
//将此元素作为根节点
root = new TreeMapEntry<>(key, value, null);
size = 1;
modCount++;
return null;
}
//如果存在根节点，执行以下操作
//key与某个节点的key所比较的值
int cmp;
//与key相比较的某个节点
TreeMapEntry parent;
//获取比较器将其赋值与cpr
Comparator cpr = comparator;
//判断比较器是否为null
if (cpr != null) {
//比较器不为null，执行循环
do {
//将t的值赋予parent(第一次循环为root)
parent = t;
//使用比较器比较要插入的key跟当前节点的key
cmp = cpr.compare(key, t.key);
//如果key小则将t的值置为当前节点左孩子的值
if (cmp < 0)
t = t.left;
//如果key大则将t的值置为当前节点右孩子的值
else if (cmp > 0)
t = t.right;
else
//如果key值相同，则覆盖当前节点的值
return t.setValue(value);
} while (t != null);
}
else {
//如果比较器为null，判断key是否为null
if (key == null)
//key为null，则抛出异常
throw new NullPointerException();
@SuppressWarnings("unchecked")
//此处注意，key需为实现了Comparable的对象，不然会抛出ClassCastException。
Comparable k = (Comparable) key;
//执行循环
do {
//将t的值赋予parent(第一次循环为root)
parent = t;
//将key与当前节点的key做比较
cmp = k.compareTo(t.key);
if (cmp < 0)
//如果key小则将t的值置为当前节点左孩子的值
t = t.left;
else if (cmp > 0)
//如果key大则将t的值置为当前节点右孩子的值
t = t.right;
else
//如果key值相同，则覆盖当前节点的值
return t.setValue(value);
} while (t != null);
}
//设置一个新的节点
TreeMapEntry e = new TreeMapEntry<>(key, value, parent);
//如果key比当前节点的key值小
if (cmp < 0)
//将新元素作为当前节点的左孩子
parent.left = e;
else
//否则，将新元素作为当前节点的右孩子
parent.right = e;
//插入修正，以保证插入新元素后还是红黑树结构
fixAfterInsertion(e);
size++;
modCount++;
return null;
}
private static final boolean RED = false;
private static final boolean BLACK = true;
//红黑树结构
static final class TreeMapEntry implements Map.Entry {
//key值
K key;
//value值
V value;
//左孩子
TreeMapEntry left;
//右孩子
TreeMapEntry right;
//父节点
TreeMapEntry parent;
//节点颜色
boolean color = BLACK;
//初始化
TreeMapEntry(K key, V value, TreeMapEntry parent) {
this.key = key;
this.value = value;
this.parent = parent;
}
//其他方法
..........
}
通过上面的分析，我们发现TreeMap其实是通过操作TreeMapEntry类型的root属性，以实现对数据的插入。也就是说，对TreeMap的操作其实是通过对红黑树的操作来完成的。
接下来，我们再分析一些其他的方法：
对TreeMapEntry的操作
对TreeMap的操作的方法有firstEntry()、lastEntry()、pollFirstEntry()、pollLastEntry()、lowerEntry()、floorEntry()、ceilingEntry()、higherEntry()。它们的都是通过对树的遍历找到并操作指定的节点。比如firstEntry()：
//获取第一个节点的值
public Map.Entry firstEntry() {
return exportEntry(getFirstEntry());
}
//获取第一个节点的值
final TreeMapEntry getFirstEntry() {
//遍历树的左节点，获取第一个节点的值
TreeMapEntry p = root;
if (p != null)
while (p.left != null)
p = p.left;
return p;
}
//返回一个AbstractMap.SimpleImmutableEntry
static Map.Entry exportEntry(TreeMapEntry e) {
return (e == null) ? null :
new AbstractMap.SimpleImmutableEntry<>(e);
}
//给key和value赋值
public SimpleImmutableEntry(Entry entry) {
this.key = entry.getKey();
this.value = entry.getValue();
}
在上面的分析中，我们发现一个陌生的类，AbstractMap.SimpleImmutableEntry。这个类是为了使键和值不可变，该类不支持setValue()方法。这么做是为了防止我们修改返回的Entry。
对key操作的相关方法
对key操作的方法有firstKey()、lastKey()、lowerKey()、floorKey()、ceilingKey()、higherKey()，我们看一下firstKey()方法：
public K firstKey() {
return key(getFirstEntry());
}
static K key(TreeMapEntry e) {
if (e==null)
throw new NoSuchElementException();
return e.key;
}
即通过获取节点的TreeMapEntry对象来获取其对应的key。
对value操作的相关方法
对value操作的方法有containsValue()、get()、values()等，我们看一下get()方法：
public V get(Object key) {
//获取拥有指定的key的节点
TreeMapEntry p = getEntry(key);
//返回值
return (p==null ? null : p.value);
}
final TreeMapEntry getEntry(Object key) {
//判断比较器是否为空
if (comparator != null)
return getEntryUsingComparator(key);
//判断key是否为null
if (key == null)
throw new NullPointerException();
@SuppressWarnings("unchecked")
//强制转换获取key的比较器
Comparable k = (Comparable) key;
//将root的值赋予t
TreeMapEntry p = root;
//遍历树并获取拥有指定key的节点，没有返回null
while (p != null) {
int cmp = k.compareTo(p.key);
if (cmp < 0)
p = p.left;
else if (cmp > 0)
p = p.right;
else
return p;
}
return null;
}
我们可以看到，其实还是通过对树的遍历获取指定的节点，再获取指定的值。
与树相关的操作
与操作树相关的方法有左旋(rotateLeft())、右旋(rotateRight())、插入修正(fixAfterInsertion())、删除修正(fixAfterDeletion())等等。我们看一下左旋：
private void rotateLeft(TreeMapEntry p) {
if (p != null) {
TreeMapEntry r = p.right;
p.right = r.left;
if (r.left != null)
r.left.parent = p;
r.parent = p.parent;
if (p.parent == null)
root = r;
else if (p.parent.left == p)
p.parent.left = r;
else
p.parent.right = r;
r.left = p;
p.parent = r;
}
}
好了，本篇文章就分析到这，后期看看是否有补充。