Java中TreeSet和TreeMap的底层原理

本文主要是介绍Java中TreeSet和TreeMap的底层原理，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

TreeSet

Java中的TreeSet是一个基于红黑树（Red-Black Tree）实现的NavigableSet接口的实现类。红黑树是一种自平衡的二叉查找树，能够在动态数据结构中维持排序和二分搜索的性能。下面是关于TreeSet底层原理的总结：
数据结构：

TreeSet使用红黑树作为其底层数据结构。红黑树是一种特殊的二叉查找树，它满足以下五个特性：
1. 每个节点要么是红色，要么是黑色。
2. 根节点是黑色的。
3. 每个叶节点（NIL或空节点）是黑色的。
4.如果一个节点是红色的，则它的两个子节点都是黑色的。
5. 对于每个节点，从该节点到其所有后代叶节点的简单路径上，均包含相同数目的黑色节点。
这些特性保证了红黑树的平衡性，从而保证了在插入、删除和查找等操作中的对数时间复杂度。

排序和唯一性：

TreeSet中的元素按照它们的自然顺序（如果元素实现了Comparable接口）或者根据提供的Comparator进行排序。
由于红黑树的特性，TreeSet中的元素总是保持有序的。
TreeSet不允许插入重复的元素。在添加新元素时，它会先检查元素是否已经在树中存在（通过比较操作）。如果存在，则不会添加该元素。

主要操作：

add(Object o): 将指定元素添加到TreeSet中，如果该元素已经存在，则不添加。
remove(Object o): 从TreeSet中移除指定元素。
contains(Object o): 检查TreeSet中是否包含指定元素。
size(): 返回TreeSet中元素的数量。
iterator(): 返回一个迭代器，按照元素的自然顺序或者根据提供的Comparator的顺序遍历元素。
descendingIterator(): 返回一个逆序迭代器，按照与iterator()相反的顺序遍历元素。

排序方式：

TreeSet提供了两种排序方式：自然排序（通过元素的compareTo()方法）和定制排序（通过提供Comparator对象）。
对于自然排序，元素必须实现Comparable接口，并覆写compareTo()方法。
对于定制排序，可以在创建TreeSet时传入一个实现了Comparator接口的匿名内部类对象。

总的来说，TreeSet通过红黑树数据结构保证了元素的排序和唯一性，提供了高效的插入、删除和查找操作，并支持两种排序方式：自然排序和定制排序。

TreeMap

Java中的TreeMap是一个基于红黑树（Red-Black Tree）实现的有序Map接口的实现类。它提供了键的自然排序或者根据创建时提供的Comparator进行排序的能力。以下是TreeMap底层原理的总结：
数据结构：

TreeMap使用红黑树作为其底层数据结构。红黑树是一种自平衡的二叉查找树，能够在动态数据结构中维持排序和二分搜索的性能。

排序：

TreeMap中的元素（键-值对）根据键的自然顺序进行排序，或者根据创建TreeMap时提供的Comparator进行排序。
如果元素实现了Comparable接口，并且没有提供Comparator，则使用元素的自然顺序。
如果提供了Comparator，则使用该Comparator来确定元素的顺序。

内部构成：

TreeMap由一系列节点组成，每个节点都是红黑树的节点，包含了键、值、左子节点、右子节点、父节点以及颜色属性。
这些节点按照键的排序顺序进行连接，从而保证了TreeMap的有序性。

主要操作：

put(K key, V value): 将指定的键-值对添加到TreeMap中。如果键已经存在，则替换其值。
get(Object key): 返回与指定键关联的值，如果键不存在，则返回null。
remove(Object key): 从TreeMap中移除与指定键关联的值（如果存在）。
containsKey(Object key): 检查TreeMap中是否包含指定的键。
size(): 返回TreeMap中键-值对的数量。
keySet(): 返回TreeMap中键的Set视图，其中的元素按照它们在TreeMap中的排序顺序排列。
entrySet(): 返回TreeMap中键-值对的Set视图，其中的元素按照它们在TreeMap中的排序顺序排列。

性能：