深入底层：TreeMap与TreeSet源码理解

一、TreeMap

1.基本特征：二叉树、二叉查找树、二叉平衡树、红黑树

2.每个节点的结构由：key value left right parent color 六部分组成

static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    K key; //键
    V value; //值
    Entry<K,V> left;//左节点
    Entry<K,V> right;//右节点
    Entry<K,V> parent;//父节点
    boolean color = BLACK;//颜色，默认黑色
}

3.添加原理
从根节点开始比较，添加过程就是构造二叉平衡树的过程，会自动平衡，平衡离不开比较：外部比较器优先，然后是内部比较器。如果两个比较器都没有，就抛出异常

public V put(K key, V value) {
    Entry<K,V> t = root;
    //如果是第一个节点，则进入if
    if (t == null) {
        //即使是添加第一个节点，也要使用比较器
        compare(key, key); // type (and possibly null) check
        //创建根节点
        root = new Entry<>(key, value, null);
        //此时只有一个节点
        size = 1;
        return null;
    }
    //添加非第一个节点，则如下
    int cmp;
    Entry<K,V> parent; 
    Comparator<? super K> cpr = comparator;
    //如果外部比较器存在，就使用外部比较器
    if (cpr != null) {
        do {
            parent = t;
            cmp = cpr.compare(key, t.key);
            if (cmp < 0)
                t = t.left;//在左子树中查找
            else if (cmp > 0)                
                t = t.right; //在右子树查找
            else //找到了对应的key，使用新的value覆盖旧的value                 
                return t.setValue(value);
        } while (t != null);
    }
    else {
        //如果外部比较器没有，就使用内部比较器
       ....
    }
    //找到了要添加的位置，创建新节点加到树中
    Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
    if (cmp < 0)  
        parent.left = e;
    else
        parent.right = e;       
    size++;
    return null;
}

4.查询原理

public V get(Object key) {
    //根据key找Entry
    Entry<K,V> p = getEntry(key);
    //如果Entry存在则返回value
    return (p==null ? null : p.value);
}

final Entry<K, V> getEntry(Object key) {
    //如果外部比较器存在，就使用外部比较器
    if (comparator != null)
        return getEntryUsingComparator(key);
    if (key == null)
        throw new NullPointerException();
    @SuppressWarnings("unchecked")
    //如果外部比较器不存在，就使用内部比较器
    Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
    Entry<K, V> p = root;
    while (p != null) {
        int cmp = k.compareTo(p.key);
        if (cmp < 0)
            p = p.left;
        else if (cmp > 0)
            p = p.right;
        else
            //如果找到了，就返回Entry
            return p;
    }
    //如果没有找到，就返回null
    return null;
}

3.TreeMap主要的成员变量及其含义

public class TreeMap<K, V> implements NavigableMap<K, V> {
    private final Comparator<? super K> comparator;//外部比较器
    private transient Entry<K, V> root = null; //根节点
    private transient int size = 0;//节点个数
    public TreeMap() {
        comparator = null;//没有指定外部比较器
    }
    public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) {
        this.comparator = comparator;//指定外部比较器
    }
}

二、TreeSet

1.TreeSet的底层使用的是TreeMap，所以底层也是红黑树
2.TreeSet的元素e是存储在TreeMap的key中，value统一为同一个 Object对象

  public class TreeSet<E> implements NavigableSet<E> {
	//底层是TreeMap
    private transient NavigableMap<E, Object> m; 
    private static final Object PRESENT = new Object();//同一个对象
    public TreeSet() {
	//创建TreeSet对象就是创建一个TreeMap对象
        this(new TreeMap<E, Object>()); 
    }
	TreeSet(NavigableMap<E, Object> m) {
        this.m = m;
    }
    public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT) == null;
    }
	public int size() {
        return m.size();
    }
}