浅析Java集合类源码（三）--- TreeSet, TreeMap 及 常见集合类的比较

6.TreeSet

TreeSet继承AbstractSet，实现NavigableSet，Cloneable，Serializable接口，TreeSet不是线程安全类。

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

和HashSet类似，TreeSet使用TreeMap的数据结构来保存元素。键Key是需要保存的元素，值Value是一个静态对象PRESENT

private static final Object PRESENT = new Object();

（1）初始化

由于TreeSet使用TreeMap对其元素进行保存，因此调用TreeMap的初始化方法

private transient NavigableMap<E,Object> m;

public TreeSet() {
this(new TreeMap<E,Object>());
}

TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
this.m = m;
}

（2）添加

TreeSet调用TreeMap的put()方法来添加元素

public boolean add(E e) {
return m.put(e, PRESENT)==null;
}

（3）删除

TreeSet调用TreeMap的remove()方法来移除元素

public boolean remove(Object o) {
return m.remove(o)==PRESENT;
}

7.TreeMap

TreeMap继承AbstractMap，实现NavigableMap，Cloneable，Serializable接口。TreeMap不是线程安全类。

public class TreeMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable

TreeMap使用Entry数据结构保存键Key和值Value。并使用数据结构红黑树（Red-Black Tree）结构保存节点Entry。

static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
K key;
V value;
Entry<K,V> left;
Entry<K,V> right;
Entry<K,V> parent;
boolean color = BLACK;
}

因为TreeMap使用红黑树的数据结构对Entry进行保存，这就要Entry的key是可以比较的。因此，键key的类必须实现Comparable接口或Comparator接口。

（1）查找

通过get(Object key)方法来查找元素，会调用getEntry(Object key)方法来查找元素。

public V get(Object key) {
Entry<K,V> p = getEntry(key);
return (p==null ? null : p.value);
}

getEntry先判断Key是否实现Comparator接口，若实现，则调用getEntryUsingComparator方法，否则使用Comparable的compareTo方法进行Key的比较。两种方法的比较都差不多，当Key比节点小，往左走；当Key比节点大，往右走；相等则返回。

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
return p;
}
return null;

（2）添加

添加和查找一样，先判断Key是否实现Comparator接口，若实现，使用compare()方法进行比较。

parent = t;
cmp = cpr.compare(key, t.key);

否则，使用Comparable的compareTo方法进行比较。

parent = t;
cmp = k.compareTo(t.key);

若Key节点比当前节点小，往左走。若比当前节点大，往右走。若相同，则更改节点的值。否则，直到达底部空节点，并插入新节点。

do {
parent = t;
cmp = k.compareTo(t.key);
if (cmp < 0)
t = t.left;
else if (cmp > 0)
t = t.right;
else
return t.setValue(value);
} while (t != null);
Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
if (cmp < 0)
parent.left = e;
else
parent.right = e;

接下来调用fixAfterInsertion方法，按照CLR的Introduction to Algorithms的红黑树结构进行调整。

（3）删除

remove方法先调用查找的getEntry方法查找到需要删除的节点，然后调用deleteEntry方法删除该节点

public V remove(Object key) {
Entry<K,V> p = getEntry(key);
if (p == null)
return null;

V oldValue = p.value;
deleteEntry(p);
return oldValue;
}

deleteEntry方法先调用successor方法找到被删除节点p的后继节点s，然后将的key和value都设为s节点的key和value，再将s节点赋值给p节点，然后调整p节点

Entry<K,V> s = successor(p);
p.key = s.key;
p.value = s.value;
p = s;

接下来调用fixAfterDeletion方法，按照CLR的Introduction to Algorithms的红黑树结构进行调整。

常见集合类的比较：

Vector和ArrayList的比较

（1）相同点：

Vector和ArrayList均是采用数组结构保存元素

（2）不同点：

Vector在增长时增长为原数组的2倍；ArrayList在增长时增长为原数组的1.5倍；

Vector是线程安全类；ArrayList不是线程安全类

HashMap和Hashtable的比较

（1）相同点：

采用索引数组+链表的方式对元素进行存储

（2）不同点：

Hashtable扩展时增长为（当前数组*2+1）；HashMap扩展时增长为（当前数组*2）；

插入元素时，Hashtable插入至链表的头部；HashMap插入至链表的尾部

Hashtable的hash值计算：（元素hash值 % 当前数组容量）；HashMap的hash值计算：（元素hash值 & （当前数组容量 -1））

Hashtable是线程安全类；HashMap不是线程安全类

HashMap和TreeMap的比较

（1）相同点：

都不是线程安全类

（2）不同点：

HashMap是根据key的hash值来计算key在Hash表中的位置，因此Key的类型应该重写hashCode方法，并且应该重写equals方法，以便对key本身是否相同进行比较；TreeMap是根据key本身的大小进行比较，因此应该实现Comparator接口并重写compare方法，或实现Comparable接口并重写compareTo方法

HashMap采用数组+链表的方式进行存储，因此会在元素增多时扩展数组的长度；TreeMap直接采用红黑树进行存储，因此在插入或删除元素时要对红黑树的结构进行调整