Java 集合系列17之 TreeSet详细介绍(源码解析)和使用示例

概要

这一章，我们对TreeSet进行学习。
我们先对TreeSet有个整体认识，然后再学习它的源码，最后再通过实例来学会使用TreeSet。内容包括：
第1部分 TreeSet介绍
第2部分 TreeSet数据结构
第3部分 TreeSet源码解析(基于JDK1.6.0_45)
第4部分 TreeSet遍历方式
第5部分 TreeSet示例

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第1部分 TreeSet介绍

TreeSet简介

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。

TreeSet是基于TreeMap实现的。TreeSet中的元素支持2种排序方式：自然排序 或者 根据创建TreeSet 时提供的 Comparator 进行排序。这取决于使用的构造方法。
TreeSet为基本操作（add、remove 和 contains）提供受保证的 log(n) 时间开销。
另外，TreeSet是非同步的。 它的iterator 方法返回的迭代器是fail-fast的。

TreeSet的构造函数

// 默认构造函数。使用该构造函数，TreeSet中的元素按照自然排序进行排列。
TreeSet()

// 创建的TreeSet包含collection
TreeSet(Collection<? extends E> collection)

// 指定TreeSet的比较器
TreeSet(Comparator<? super E> comparator)

// 创建的TreeSet包含set
TreeSet(SortedSet<E> set)

TreeSet的API

boolean                   add(E object)
boolean                   addAll(Collection<? extends E> collection)
void                      clear()
Object                    clone()
boolean                   contains(Object object)
E                         first()
boolean                   isEmpty()
E                         last()
E                         pollFirst()
E                         pollLast()
E                         lower(E e)
E                         floor(E e)
E                         ceiling(E e)
E                         higher(E e)
boolean                   remove(Object object)
int                       size()
Comparator<? super E>     comparator()
Iterator<E>               iterator()
Iterator<E>               descendingIterator()
SortedSet<E>              headSet(E end)
NavigableSet<E>           descendingSet()
NavigableSet<E>           headSet(E end, boolean endInclusive)
SortedSet<E>              subSet(E start, E end)
NavigableSet<E>           subSet(E start, boolean startInclusive, E end, boolean endInclusive)
NavigableSet<E>           tailSet(E start, boolean startInclusive)
SortedSet<E>              tailSet(E start)

说明：

(01) TreeSet是有序的Set集合，因此支持add、remove、get等方法。
(02) 和NavigableSet一样，TreeSet的导航方法大致可以区分为两类，一类时提供元素项的导航方法，返回某个元素；另一类时提供集合的导航方法，返回某个集合。
lower、floor、ceiling 和 higher 分别返回小于、小于等于、大于等于、大于给定元素的元素，如果不存在这样的元素，则返回 null。

第2部分 TreeSet数据结构

TreeSet的继承关系

java.lang.Object
↳     java.util.AbstractCollection<E>
↳     java.util.AbstractSet<E>
↳     java.util.TreeSet<E>

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable{}

TreeSet与Collection关系如下图：

import java.util.*;

/**
* @desc TreeSet的API测试
*
* @author skywang
* @email kuiwu-wang@163.com
*/
public class TreeSetTest {

public static void main(String[] args) {
testTreeSetAPIs();
}

// 测试TreeSet的api
public static void testTreeSetAPIs() {
String val;

// 新建TreeSet
TreeSet tSet = new TreeSet();
// 将元素添加到TreeSet中
tSet.add("aaa");
// Set中不允许重复元素，所以只会保存一个“aaa”
tSet.add("aaa");
tSet.add("bbb");
tSet.add("eee");
tSet.add("ddd");
tSet.add("ccc");
System.out.println("TreeSet:"+tSet);

// 打印TreeSet的实际大小
System.out.printf("size : %d\n", tSet.size());

// 导航方法
// floor(小于、等于)
System.out.printf("floor bbb: %s\n", tSet.floor("bbb"));
// lower(小于)
System.out.printf("lower bbb: %s\n", tSet.lower("bbb"));
// ceiling(大于、等于)
System.out.printf("ceiling bbb: %s\n", tSet.ceiling("bbb"));
System.out.printf("ceiling eee: %s\n", tSet.ceiling("eee"));
// ceiling(大于)
System.out.printf("higher bbb: %s\n", tSet.higher("bbb"));
// subSet()
System.out.printf("subSet(aaa, true, ccc, true): %s\n", tSet.subSet("aaa", true, "ccc", true));
System.out.printf("subSet(aaa, true, ccc, false): %s\n", tSet.subSet("aaa", true, "ccc", false));
System.out.printf("subSet(aaa, false, ccc, true): %s\n", tSet.subSet("aaa", false, "ccc", true));
System.out.printf("subSet(aaa, false, ccc, false): %s\n", tSet.subSet("aaa", false, "ccc", false));
// headSet()
System.out.printf("headSet(ccc, true): %s\n", tSet.headSet("ccc", true));
System.out.printf("headSet(ccc, false): %s\n", tSet.headSet("ccc", false));
// tailSet()
System.out.printf("tailSet(ccc, true): %s\n", tSet.tailSet("ccc", true));
System.out.printf("tailSet(ccc, false): %s\n", tSet.tailSet("ccc", false));

// 删除“ccc”
tSet.remove("ccc");
// 将Set转换为数组
String[] arr = (String[])tSet.toArray(new String[0]);
for (String str:arr)
System.out.printf("for each : %s\n", str);

// 打印TreeSet
System.out.printf("TreeSet:%s\n", tSet);

// 遍历TreeSet
for(Iterator iter = tSet.iterator(); iter.hasNext(); ) {
System.out.printf("iter : %s\n", iter.next());
}

// 删除并返回第一个元素
val = (String)tSet.pollFirst();
System.out.printf("pollFirst=%s, set=%s\n", val, tSet);

// 删除并返回最后一个元素
val = (String)tSet.pollLast();
System.out.printf("pollLast=%s, set=%s\n", val, tSet);

// 清空HashSet
tSet.clear();

// 输出HashSet是否为空
System.out.printf("%s\n", tSet.isEmpty()?"set is empty":"set is not empty");
}
}

View Code
运行结果：

TreeSet:[aaa, bbb, ccc, ddd, eee]
size : 5
floor bbb: bbb
lower bbb: aaa
ceiling bbb: bbb
ceiling eee: eee
higher bbb: ccc
subSet(aaa, true, ccc, true): [aaa, bbb, ccc]
subSet(aaa, true, ccc, false): [aaa, bbb]
subSet(aaa, false, ccc, true): [bbb, ccc]
subSet(aaa, false, ccc, false): [bbb]
headSet(ccc, true): [aaa, bbb, ccc]
headSet(ccc, false): [aaa, bbb]
tailSet(ccc, true): [ccc, ddd, eee]
tailSet(ccc, false): [ddd, eee]
for each : aaa
for each : bbb
for each : ddd
for each : eee
TreeSet:[aaa, bbb, ddd, eee]
iter : aaa
iter : bbb
iter : ddd
iter : eee
pollFirst=aaa, set=[bbb, ddd, eee]
pollLast=eee, set=[bbb, ddd]
set is empty