【集合系列】TreeMap 集合
TreeMap 集合
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- 1. 概述
- 2. 方法
- 3. 遍历方式
- 4. 排序方式
- 5. 代码示例1
- 6. 代码示例2
- 7. 代码示例3
- 8. 注意事项
- 9. 源码分析
其他集合类
父类 Map
集合类的遍历方式
TreeSet 集合
具体信息请查看 API 帮助文档
1. 概述
TreeMap 是 Java 中的一个集合类，它实现了 SortedMap 接口。它是基于红黑树的数据结构实现的，它能够保持其中的元素处于有序状态。
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TreeMap 集合中的元素是以键值对的形式存储的，其中的键用于排序和唯一性的保证，而值则用于存储具体的数据。
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TreeMap 根据键的自然顺序或者自定义的比较器来进行排序，使得在遍历 TreeMap 集合时能够有序地访问其中的元素。
TreeMap 集合的特点：
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TreeMap 中的键必须是可比较的，要么实现了 Comparable 接口，要么在构造 TreeMap 时提供了自定义的比较器。
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TreeMap 中的键是唯一的，不允许重复的键存在。
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TreeMap 是基于红黑树实现的，因此在插入、删除和查找操作的时间复杂度均为 O(logn)，具有较高的效率。
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TreeMap 中的元素是有序的，可以根据键来进行排序。
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TreeMap 不是线程安全的，如果需要在多线程环境下使用，需要进行额外的同步处理。
2. 方法
TreeMap集合是Map集合的子类，因此Map集合的方法TreeMap集合都能使用。
Map集合
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| V put(K key,V value) | 添加元素 |
| V remove(Object key) | 根据键删除键值对元素 |
| void clear() | 移除所有的键值对元素 |
| boolean containsKey(Object key) | 判断集合是否包含指定的键 |
| boolean containsValue(Object value) | 判断集合是否包含指定的值 |
| boolean isEmpty() | 判断集合是否为空 |
| int size() | 集合的长度，也就是集合中键值对的个数 |
3. 遍历方式
与共有的 集合遍历方式 一样
4. 排序方式
TreeMap集合和TreeSet集合一样，底层都是红黑树，因此排序方式一样
TreeSet 集合排序方式详解
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默认排序规则/自然排序
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比较器排序
5. 代码示例1
- 代码示例
需求：键：整数表示id；值：字符串表示商品名称
要求：按照id的升序排列，按照id的降序排列
package text.text02;
/*TreeMap基本应用：
需求：
键：整数表示id
值：字符串表示商品名称
要求：按照id的升序排列，按照id的降序排列
*/
import java.util.Comparator;
import java.util.TreeMap;
public class text52 {
public static void main(String[] args) {
//自然排序（升序排列）
System.out.println("方法一：自然排序");
method1(); //{1001=平板, 1002=汽车, 1003=手机, 1004=飞机, 1005=电脑}
//比较器排序（降序排列）
System.out.println("方法二：比较器排序");
method2(); //{1005=电脑, 1004=飞机, 1003=手机, 1002=汽车, 1001=平板}
}
//自然排序(Java底层默认的自然排序就是按照升序排列)
public static void method1() {
//创建集合并添加数据
TreeMap<Integer, String> tm = new TreeMap<>();
tm.put(1003, "手机");
tm.put(1005, "电脑");
tm.put(1001, "平板");
tm.put(1002, "汽车");
tm.put(1004, "飞机");
System.out.println(tm);
}
//比较器排序（当Java底层默认的自然排列不能满足需求时，采用比较器排列）
public static void method2() {
//创建集合（在创建对象的时候指定比较器规则）
TreeMap<Integer, String> tm = new TreeMap<>(new Comparator<Integer>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return o2 - o1;
}
});
//添加数据
tm.put(1003, "手机");
tm.put(1005, "电脑");
tm.put(1001, "平板");
tm.put(1002, "汽车");
tm.put(1004, "飞机");
System.out.println(tm);
}
}
- 输出结果
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方法一：自然排序
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方法二：比较器排序
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6. 代码示例2
- 代码示例
需求：键：学生对象；值：籍贯
要求：按照学生年龄的升序排列，年龄一样按照姓名的字母排列，同姓名同年龄视为同一个人
package text.text02;
import java.util.*;
/*
需求：
键：学生对象
值：籍贯
要求：按照学生年龄的升序排列，年龄一样按照姓名的字母排列，同姓名同年龄视为同一个人
*/
public class text53 {
public static void main(String[] args) {
//自然排序
System.out.println("方法一：自然排序");
method1();
//比较器排序
System.out.println("方法二：比较器排序");
method2();
}
//自然排序 (Java底层默认的自然排序就是按照升序排列，自定义对象时，需要在Javabean类中实现Comparable接口并重写里面的CompareTo方法)
public static void method1() {
//创建学生对象
Student8 student1 = new Student8("zhangsan", 10);
Student8 student2 = new Student8("lisi", 10);
Student8 student3 = new Student8("wangwu", 11);
Student8 student4 = new Student8("liubei", 9);
Student8 student5 = new Student8("guanyu", 13);
Student8 student6 = new Student8("guanyu", 13);
//创建集合对象
TreeMap<Student8, String> tm = new TreeMap<>();
//添加数据
tm.put(student1, "陕西");
tm.put(student2, "湖南");
tm.put(student3, "河北");
tm.put(student4, "江苏");
tm.put(student5, "北京");
tm.put(student6, "湖南");
//遍历输出集合
Set<Map.Entry<Student8, String>> entries = tm.entrySet();
for (Map.Entry<Student8, String> entry : entries) {
Student8 key = entry.getKey();
String value = entry.getValue();
System.out.println(key + " = " + value);
}
}
//比较器排序（当Java底层默认的自然排列不能满足需求时，采用比较器排列,在创建对象时，指定比较规则）
public static void method2() {
//创建学生对象
Student8 student1 = new Student8("zhangsan", 10);
Student8 student2 = new Student8("lisi", 10);
Student8 student3 = new Student8("wangwu", 11);
Student8 student4 = new Student8("liubei", 9);
Student8 student5 = new Student8("guanyu", 13);
Student8 student6 = new Student8("guanyu", 13);
//创建集合对象
TreeMap<Student8, String> tm = new TreeMap<>(new Comparator<Student8>() {
@Override
//按照学生年龄的升序排列，年龄一样按照姓名的字母排列，同姓名同年龄视为同一个人
public int compare(Student8 o1, Student8 o2) {
//o1:表示当前要添加的元素
//o2：表示已经在红黑树存在的元素
//返回值：
//负数：表示当前要添加的数据是小的，存左边
//正数：表示当前要添加的数据是大的，存右边
//0：表示当前要添加的元素已经存在，舍弃
int i = o1.getAge() - o2.getAge();
i = i == 0 ? o1.getName().compareTo(o2.getName()) : i;
return i;
}
});
//添加数据
tm.put(student1, "陕西");
tm.put(student2, "湖南");
tm.put(student3, "河北");
tm.put(student4, "江苏");
tm.put(student5, "北京");
tm.put(student6, "湖南");
//遍历输出集合
Set<Map.Entry<Student8, String>> entries = tm.entrySet();
for (Map.Entry<Student8, String> entry : entries) {
Student8 key = entry.getKey();
String value = entry.getValue();
System.out.println(key + " = " + value);
}
}
}
//学生对象
class Student8 implements Comparable<Student8> {
private String name;
private int age;
public Student8() {
}
public Student8(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
/**
* 获取
*
* @return name
*/
public String getName() {
return name;
}
/**
* 设置
*
* @param name
*/
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
/**
* 获取
*
* @return age
*/
public int getAge() {
return age;
}
/**
* 设置
*
* @param age
*/
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
Student8 student8 = (Student8) o;
return age == student8.age && Objects.equals(name, student8.name);
}
@Override
public int hashCode() {
return Objects.hash(name, age);
}
public String toString() {
return "Student8{name = " + name + ", age = " + age + "}";
}
@Override
//按照学生年龄的升序排列，年龄一样按照姓名的字母排列，同姓名同年龄视为同一个人
public int compareTo(Student8 o) {
//this:表示当前要添加的元素
//o：表示已经在红黑树中的元素
//返回值：
//负数：表示当前要添加的数据是小的，存左边
//正数：表示当前要添加的数据是大的，存右边
//0：表示当前要添加的元素已经存在，舍弃
int i = this.getAge() - o.getAge();
i = i == 0 ? this.getName().compareTo(o.getName()) : i;
return i;
}
}
- 输出结果
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方法一：自然排序
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方法二：比较器排序
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7. 代码示例3
- 代码示例
统计个数：
需求：字符串“aababcabcdabcde”，请统计字符串中每一个字符出现的次数，并按照如下格式输出。
输出结果：a(5)b(4)c(3)d(2)e(1)
package text.text02;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.StringJoiner;
import java.util.TreeMap;
/*
统计个数：
需求：字符串“aababcabcdabcde”，请统计字符串中每一个字符出现的次数，并按照如下格式输出。
输出结果：a(5)b(4)c(3)d(2)e(1)
新的统计思想：利用Map集合进行统计 （键：表示要统计的内容；值：表示次数）
如果题目中没有要求对结果进行排序，默认使用HashMap
如果题目中要求对结果进行排序，则使用TreeMap
*/
public class text54 {
public static void main(String[] args) {
//创建数组存储每一个字符
char[] arr = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e'};
//定义一个变量用于记录字符串
String str = "aababcabcdabcde";
//创建集合
TreeMap<Character, Integer> tm = new TreeMap<>();
for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
//如果双列集合中存在该字符，则获取双列集合中该字符的次数并将次数+1
if (tm.containsKey(str.charAt(i))) {
//获取双列集合中该字符的次数
Integer value = tm.get(str.charAt(i));
//将次数+1
value++;
//用新次数覆盖原次数
tm.put(str.charAt(i), value);
}
//如果双列集合中存在该字符，则添加该字符并将次数改为1
else {
tm.put(str.charAt(i), 1);
}
}
//遍历集合
//1.利用StringBuilder修改输出格式
//创建StringBuilder对象
StringBuilder sb = new StringBuilder();
Set<Map.Entry<Character, Integer>> entries = tm.entrySet();
for (Map.Entry<Character, Integer> entry : entries) {
//获取集合里的键
Character key = entry.getKey();
//获取集合里的值
Integer value = entry.getValue();
//将数据按照需求格式添加进StringBuilder集合
sb.append(key).append("(").append(value).append(")");
}
System.out.println("1.利用StringBuilder修改输出格式:");
System.out.println(sb); //a(5)b(4)c(3)d(2)e(1)
//2.利用StringJoiner修改输出格式
//创建StringJoiner对象
StringJoiner sj = new StringJoiner("", "", "");
Set<Character> set = tm.keySet();
for (Character key : set) {
Integer value = tm.get(key);
//将数据按照需求格式添加进StringJoiner集合
sj.add(key + "").add("(").add(value + "").add(")");//+" "是为了将key和value转换成字符串
}
System.out.println("2.利用StringJoiner修改输出格式:");
System.out.println(sj); //a(5)b(4)c(3)d(2)e(1)
}
}
- 输出结果
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1.利用StringBuilder修改输出格式:
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2.利用StringJoiner修改输出格式:
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8. 注意事项
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键的唯一性：TreeMap 中的键是唯一的，不允许重复的键存在。如果尝试插入一个已经存在的键，新的值将会覆盖旧的值。如果需要存储允许重复键的情况，可以考虑使用其他集合类如 ArrayList 或者 HashMap。
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键的可比较性：TreeMap 要求集合中的键必须是可比较的，要么实现了 Comparable 接口，要么在构造 TreeMap 时提供了自定义的比较器。如果键没有实现 Comparable 接口，并且没有提供自定义的比较器，则在插入元素或者进行比较操作时会抛出 ClassCastException 异常。
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线程安全性：TreeMap 不是线程安全的，如果需要在多线程环境下使用 TreeMap，需要进行额外的同步处理。可以考虑使用 Collections 类的 synchronizedSortedMap 方法包装 TreeMap，或者使用并发集合类如 ConcurrentHashMap。
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迭代顺序：TreeMap 中的元素是有序的，可以根据键来进行排序。通过 iterator 或者 forEach 遍历 TreeMap 时，元素会按照键的顺序以升序进行遍历。
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性能开销：由于 TreeMap 的底层是红黑树，插入、删除和查找操作的时间复杂度均为 O(logn)，相比于其他集合类可能会有较高的性能开销。如果对性能有较高要求，可以考虑使用其他集合类。
9. 源码分析
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TreeMap中每一个节点的内部属性
K key; //键 V value; //值 Entry<K,V> left; //左子节点 Entry<K,V> right; //右子节点 Entry<K,V> parent; //父节点 boolean color; //节点的颜色 -
TreeMap类中中要知道的一些成员变量
public class TreeMap<K,V>{ //比较器对象 private final Comparator<? super K> comparator; //根节点 private transient Entry<K,V> root; //集合的长度（节点的个数） private transient int size = 0; -
空参构造
//空参构造就是没有传递比较器对象 public TreeMap() { comparator = null; } -
带参构造
//带参构造就是传递了比较器对象。 public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) { this.comparator = comparator; } -
添加元素
public V put(K key, V value) { return put(key, value, true); } //参数一：键 //参数二：值 //参数三：当键重复的时候，是否需要覆盖值 // true：覆盖 // false：不覆盖 private V put(K key, V value, boolean replaceOld) { //获取根节点的地址值，赋值给局部变量t Entry<K,V> t = root; //判断根节点是否为null //如果为null，表示当前是第一次添加，会把当前要添加的元素，当做根节点 //如果不为null，表示当前不是第一次添加，跳过这个判断继续执行下面的代码 if (t == null) { //方法的底层，会创建一个Entry对象，把他当做根节点 addEntryToEmptyMap(key, value); //表示此时没有覆盖任何的元素 return null; } //表示两个元素的键比较之后的结果 int cmp; //表示当前要添加节点的父节点 Entry<K,V> parent; //表示当前的比较规则 //如果我们是采取默认的自然排序，那么此时comparator记录的是null，cpr记录的也是null //如果我们是采取比较器排序方式，那么此时comparator记录的是就是比较器 Comparator<? super K> cpr = comparator; //表示判断当前是否有比较器对象 //如果传递了比较器对象，就执行if里面的代码，此时以比较器的规则为准 //如果没有传递比较器对象，就执行else里面的代码，此时以自然排序的规则为准 if (cpr != null) { do { parent = t; cmp = cpr.compare(key, t.key); if (cmp < 0) t = t.left; else if (cmp > 0) t = t.right; else { V oldValue = t.value; if (replaceOld || oldValue == null) { t.value = value; } return oldValue; } } while (t != null); } else { //把键进行强转，强转成Comparable类型的 //要求：键必须要实现Comparable接口，如果没有实现这个接口 //此时在强转的时候，就会报错。 Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key; do { //把根节点当做当前节点的父节点 parent = t; //调用compareTo方法，比较根节点和当前要添加节点的大小关系 cmp = k.compareTo(t.key); if (cmp < 0) //如果比较的结果为负数 //那么继续到根节点的左边去找 t = t.left; else if (cmp > 0) //如果比较的结果为正数 //那么继续到根节点的右边去找 t = t.right; else { //如果比较的结果为0，会覆盖 V oldValue = t.value; if (replaceOld || oldValue == null) { t.value = value; } return oldValue; } } while (t != null); } //就会把当前节点按照指定的规则进行添加 addEntry(key, value, parent, cmp < 0); return null; } private void addEntry(K key, V value, Entry<K, V> parent, boolean addToLeft) { Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent); if (addToLeft) parent.left = e; else parent.right = e; //添加完毕之后，需要按照红黑树的规则进行调整 fixAfterInsertion(e); size++; modCount++; } private void fixAfterInsertion(Entry<K,V> x) { //因为红黑树的节点默认就是红色的 x.color = RED; //按照红黑规则进行调整 //parentOf:获取x的父节点 //parentOf(parentOf(x)):获取x的爷爷节点 //leftOf:获取左子节点 while (x != null && x != root && x.parent.color == RED) { //判断当前节点的父节点是爷爷节点的左子节点还是右子节点 //目的：为了获取当前节点的叔叔节点 if (parentOf(x) == leftOf(parentOf(parentOf(x)))) { //表示当前节点的父节点是爷爷节点的左子节点 //那么下面就可以用rightOf获取到当前节点的叔叔节点 Entry<K,V> y = rightOf(parentOf(parentOf(x))); if (colorOf(y) == RED) { //叔叔节点为红色的处理方案 //把父节点设置为黑色 setColor(parentOf(x), BLACK); //把叔叔节点设置为黑色 setColor(y, BLACK); //把爷爷节点设置为红色 setColor(parentOf(parentOf(x)), RED); //把爷爷节点设置为当前节点 x = parentOf(parentOf(x)); } else { //叔叔节点为黑色的处理方案 //表示判断当前节点是否为父节点的右子节点 if (x == rightOf(parentOf(x))) { //表示当前节点是父节点的右子节点 x = parentOf(x); //左旋 rotateLeft(x); } setColor(parentOf(x), BLACK); setColor(parentOf(parentOf(x)), RED); rotateRight(parentOf(parentOf(x))); } } else { //表示当前节点的父节点是爷爷节点的右子节点 //那么下面就可以用leftOf获取到当前节点的叔叔节点 Entry<K,V> y = leftOf(parentOf(parentOf(x))); if (colorOf(y) == RED) { setColor(parentOf(x), BLACK); setColor(y, BLACK); setColor(parentOf(parentOf(x)), RED); x = parentOf(parentOf(x)); } else { if (x == leftOf(parentOf(x))) { x = parentOf(x); rotateRight(x); } setColor(parentOf(x), BLACK); setColor(parentOf(parentOf(x)), RED); rotateLeft(parentOf(parentOf(x))); } } } //把根节点设置为黑色 root.color = BLACK; } -
课堂思考问题：
- TreeMap添加元素的时候，键是否需要重写hashCode和equals方法？
此时是不需要重写的。
- HashMap是哈希表结构的，JDK8开始由数组，链表，红黑树组成的。
既然有红黑树，HashMap的键是否需要实现Compareable接口或者传递比较器对象呢？
不需要的。
因为在HashMap的底层，默认是利用哈希值的大小关系来创建红黑树的- TreeMap和HashMap谁的效率更高？
如果是最坏情况，添加了8个元素，这8个元素形成了链表，此时TreeMap的效率要更高
但是这种情况出现的几率非常的少。
一般而言，还是HashMap的效率要更高。- 你觉得在Map集合中，java会提供一个如果键重复了，不会覆盖的put方法呢？
此时putIfAbsent本身不重要。
传递一个思想：
代码中的逻辑都有两面性，如果我们只知道了其中的A面，而且代码中还发现了有变量可以控制两面性的发生。
那么该逻辑一定会有B面。习惯： boolean类型的变量控制，一般只有AB两面，因为boolean只有两个值 int类型的变量控制，一般至少有三面，因为int可以取多个值。- 三种双列集合，以后如何选择？
HashMap LinkedHashMap TreeMap
默认：HashMap（效率最高）
如果要保证存取有序：LinkedHashMap
如果要进行排序：TreeMap