数据结构——红黑树原理

性能分析

首先，无论是插入数据还是查找数据，红黑树都是平衡的，查找键值的过程类似于二叉查找树，但是确不会出现树失衡，降低查找效率，其次是在插入键值时，虽然会通过左旋或者右旋来调节树的平衡，但是其限制比较低，所以插入的效率依然比较高。

定义

红黑树中的每个节点需要满足以下五个定义
1.每个节点是红的或者是黑的
2.根节点是黑的
3.每个叶子节点是黑的 —— 这里的叶子节点指的原来叶子节点的左右节点
4.如果一个节点是红的，那么它的两个儿子节点都是黑的
5.对每个节点，从该节点到其子孙节点的所有路径上包含相同数的黑节点

这里的空节点当作叶子节点

节点变色旋转

父节点：待插入的节点是该节点的子节点
叔叔节点： 父节点的兄弟节点

插入节点

红黑树中最为关键的就是节点的插入和删除。首先每个节点最开始都是红色，为了满足红黑树的要求而改变了颜色。 注意插入过程类似于二叉树，但是红黑树还需要调整树结构。

• 插入根节点
  根据定义要求，根节点为黑色，所以第一个节点需要变色，过程见图
  
• 插入第二个节点
  
  最开始为黑色，然后插入到根节点的右侧
  
  根据变色分析，由于父节点为黑色，所以不需要变色直接插入就可以了
• 插入第三个节点
  首先找到新节点的父节点，然后插入左侧或者右侧
  
  分析，由于父节点为红色，叔叔节点为空，就需要旋转 + 变色
  旋转
  
  分析可以知道这里是将父节点的父节点旋转到父节点的左侧 —— 左旋
  变色
  
  由于根节点不能为红色，所以将根节点的颜色变为黑色，然后为了满足，每个节点到其根节路径的黑色节点的个数相同，将节点1变为红色。
• 插入第四个节点
  
  首先找到父节点，因为父节点为红色，叔叔节点为红色，根据变换规则，将叔叔节点和父节点变为黑色，然后祖父节点变为黑色，结果如下
  
• 插入第五个节点
  
  走到这里我们大致可以知道，红黑树为什么提高插入的效率，因为红黑树并不是追求极致的平衡，而是局部的平衡（这里是个人的看法），通过红黑节点来调整整个树的结构。这里补充一下，在插入数据时，因为节点颜色的改变，可能会调节多次，就是左旋或者右旋多次。

小结

红黑树的原理大致就是以上这些了，关于具体的代码如何实现，有兴趣的朋友研究一下。
总的来说，红黑树就是一种特殊的二叉树结构，其在插入和获取数据上得到了平衡，效率都非常高，这也是为什么在jdk1.8 中 hashmap 会选择使用红黑树来处理哈希冲突。