Java中的TreeSet集合解析

更新時間：2023年09月15日 10:51:31 作者：姚舜禹_12140

這篇文章主要介紹了Java中的TreeSet集合解析, TreeSet是一個有序的集合,基于TreeMap實現(xiàn),支持兩種排序方式：自然排序和定制排序,
TreeSet是非同步的,線程不安全的,需要的朋友可以參考下

一、TreeSet介紹

TreeSet是一個有序的集合，基于TreeMap實現(xiàn)，支持兩種排序方式：自然排序和定制排序。 TreeSet是非同步的，線程不安全的。

二、源碼分析

1、TreeSet實現(xiàn)的接口

如下圖：

觀察上圖：

AbstractSet類：該類提供了Set接口的骨架實現(xiàn)，通過擴展此類來實現(xiàn)集合的過程與通過擴展AbstractCollection實現(xiàn)集合的過程相同，除了此類的子類中的所有方法和構(gòu)造函數(shù)都必須遵守由Set接口施加的附加約束（例如，添加方法不能允許將一個對象的多個實例添加到集合中）。
Navigable接口：支持一系列的導航方法。比如查找與指定目標最匹配項。
Serializable接口：主要用于序列化，即：能夠?qū)ο髮懭氪疟P。與之對應的還有反序列化操作，就是將對象從磁盤中讀取出來。因此如果要進行序列化和反序列化，ArrayList的實例對象就必須實現(xiàn)這個接口，否則在實例化的時候程序會報錯（java.io.NotSerializableException）。
Cloneable接口：實現(xiàn)Cloneable接口的類能夠調(diào)用clone方法，如果沒有實現(xiàn)Cloneable接口就調(diào)用方法，就會拋出異常（java.lang.CloneNotSupportedException）。

2、TreeSet中的變量

private transient NavigableMap<E,Object> m：存放元素的集合
private static final Object PRESENT = new Object()：常量，構(gòu)造一個虛擬的對象PRESENT，默認為map的value值（HashSet中只需要用到鍵，而HashMap是key-value鍵值對，使用PRESENT作為value的默認填充值，解決差異問題）

3、TreeSet的構(gòu)造方法

（1）同包下的構(gòu)造方法

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

（2）無參構(gòu)造方法

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

（3）帶比較器的構(gòu)造方法

    public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
        this(new TreeMap<>(comparator));
    }

（4）帶集合參數(shù)的構(gòu)造方法

    public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

（5）帶SortMap的構(gòu)造方法

    public TreeSet(SortedSet<E> s) {
        this(s.comparator());
        addAll(s);
    }

通過上面的構(gòu)造方法，可以看出TreeSet的底層是用TreeMap實現(xiàn)的。在構(gòu)造方法中會創(chuàng)建一個TreeMap實例，用于存放元素，另外TreeSet是有序的，也提供了制定比較器的構(gòu)造函數(shù)，如果沒有提供比較器，則采用key的自然順序進行比較大小，如果指定的比較器，則采用指定的比較器，進行key值大小的比較。

4、常用方法

//遍歷方法，返回m.keyset集合
    public Iterator<E> iterator() {
        return m.navigableKeySet().iterator();
    }
    //逆序排序的迭代器
    public Iterator<E> descendingIterator() {
        return m.descendingKeySet().iterator();
    }
    /**
     * @since 1.6
     */
    public NavigableSet<E> descendingSet() {
        return new TreeSet<>(m.descendingMap());
    }
    //返回 m 包含的鍵值對的數(shù)量
    public int size() {
        return m.size();
    }
    //是否為空
    public boolean isEmpty() {
        return m.isEmpty();
    }
    //是否包含指定的key
    public boolean contains(Object o) {
        return m.containsKey(o);
    }
    //添加元素，調(diào)用m.put方法實現(xiàn)
    public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT)==null;
    }
    //刪除方法，調(diào)用m.remove()方法實現(xiàn)
    public boolean remove(Object o) {
        return m.remove(o)==PRESENT;
    }
    //清除集合
    public void clear() {
        m.clear();
    }
    //將一個集合中的所有元素添加到TreeSet中
    public  boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        // Use linear-time version if applicable
        if (m.size()==0 && c.size() > 0 &&
            c instanceof SortedSet &&
            m instanceof TreeMap) {
            SortedSet<? extends E> set = (SortedSet<? extends E>) c;
            TreeMap<E,Object> map = (TreeMap<E, Object>) m;
            Comparator<? super E> cc = (Comparator<? super E>) set.comparator();
            Comparator<? super E> mc = map.comparator();
            if (cc==mc || (cc != null && cc.equals(mc))) {
                map.addAllForTreeSet(set, PRESENT);
                return true;
            }
        }
        return super.addAll(c);
    }
    //返回子集合，通過 m.subMap()方法實現(xiàn)
    public NavigableSet<E> subSet(E fromElement, boolean fromInclusive,
                                  E toElement,   boolean toInclusive) {
        return new TreeSet<>(m.subMap(fromElement, fromInclusive,
                                       toElement,   toInclusive));
    }
    //返回set的頭部
    public NavigableSet<E> headSet(E toElement, boolean inclusive) {
        return new TreeSet<>(m.headMap(toElement, inclusive));
    }
    //返回尾部
    public NavigableSet<E> tailSet(E fromElement, boolean inclusive) {
        return new TreeSet<>(m.tailMap(fromElement, inclusive));
    }
    //返回子Set
    public SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement) {
        return subSet(fromElement, true, toElement, false);
    }
    //返回set的頭部
    public SortedSet<E> headSet(E toElement) {
        return headSet(toElement, false);
    }
    //返回set的尾部
    public SortedSet<E> tailSet(E fromElement) {
        return tailSet(fromElement, true);
    }
    //返回m使用的比較器
    public Comparator<? super E> comparator() {
        return m.comparator();
    }
    //返回第一個元素
    public E first() {
        return m.firstKey();
    }
    //返回最后一個元素
    public E last() {
        return m.lastKey();
    }
    //返回set中小于e的最大的元素
    public E lower(E e) {
        return m.lowerKey(e);
    }
    //返回set中小于/等于e的最大元素
    public E floor(E e) {
        return m.floorKey(e);
    }
    //返回set中大于/等于e的最大元素
    public E ceiling(E e) {
        return m.ceilingKey(e);
    }
    //返回set中大于e的最小元素
    public E higher(E e) {
        return m.higherKey(e);
    }
    //獲取TreeSet中第一個元素，并從Set中刪除該元素
    public E pollFirst() {
        Map.Entry<E,?> e = m.pollFirstEntry();
        return (e == null) ? null : e.getKey();
    }
    //獲取TreeSet中最后一個元素，并從Set中刪除該元素
    public E pollLast() {
        Map.Entry<E,?> e = m.pollLastEntry();
        return (e == null) ? null : e.getKey();
    }
    //克隆方法
    public Object clone() {
        TreeSet<E> clone = null;
        try {
            clone = (TreeSet<E>) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new InternalError();
        }
        clone.m = new TreeMap<>(m);
        return clone;
    }
    //將對象寫入到輸出流中。
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException {
        // Write out any hidden stuff
        s.defaultWriteObject();
        // Write out Comparator
        s.writeObject(m.comparator());
        // Write out size
        s.writeInt(m.size());
        // Write out all elements in the proper order.
        for (E e : m.keySet())
            s.writeObject(e);
    }
    //從輸入流中讀取對象的信息
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        // Read in any hidden stuff
        s.defaultReadObject();
        // Read in Comparator
        Comparator<? super E> c = (Comparator<? super E>) s.readObject();
        // Create backing TreeMap
        TreeMap<E,Object> tm;
        if (c==null)
            tm = new TreeMap<>();
        else
            tm = new TreeMap<>(c);
        m = tm;
        // Read in size
        int size = s.readInt();
        tm.readTreeSet(size, s, PRESENT);
    }

5、TreeSet的兩種排序方式

（1）實現(xiàn)Comparator接口，重寫compare方法

 
import java.util.*;
class Student{
    private int id;
    private String name;
    private int age;
    public Student(int id, String name, int age) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public int getId() {
        return id;
    }
    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}
class MyComparator implements Comparator{
    @Override
    public int compare(Object o1, Object o2) {
        Student s1 = (Student) o1;
        Student s2 = (Student) o2;
        return s1.getAge() - s2.getAge();
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet treeSet = new TreeSet(new MyComparator());
        treeSet.add(new Student(1, "tom", 23));
        treeSet.add(new Student(2, "Jerry", 20));
        treeSet.add(new Student(3, "Jack", 17));
        treeSet.add(new Student(4, "Marry", 54));
        treeSet.add(new Student(5, "Baby", 8));
        Iterator iterator = treeSet.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

（2）實現(xiàn)Comparable接口，覆寫compareTo()方法

import java.util.*;
class Student implements Comparable{
    private int id;
    private String name;
    private int age;
    public Student(int id, String name, int age) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public int getId() {
        return id;
    }
    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if(!(o instanceof Student)){
            throw new RuntimeException("對象有問題");
        }
        Student s = (Student) o;
        if(this.age > s.age){
            return -1;
        }else{
            return 1;
        }
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet treeSet = new TreeSet();
        treeSet.add(new Student(1, "tom", 23));
        treeSet.add(new Student(2, "Jerry", 20));
        treeSet.add(new Student(3, "Jack", 17));
        treeSet.add(new Student(4, "Marry", 54));
        treeSet.add(new Student(5, "Baby", 8));
        Iterator iterator = treeSet.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

三、總結(jié)

1、TreeSet總結(jié)

TreeSet實際上是TreeMap實現(xiàn)的，所以底層結(jié)構(gòu)也是紅黑樹。TreeSet不需要重寫hashCode()和euqals()方法，因為它去重是依靠比較器來去重，因為結(jié)構(gòu)是紅黑樹，所以每次插入都會遍歷比較來尋找節(jié)點插入位置，如果發(fā)現(xiàn)某個節(jié)點的值是一樣的那就會直接覆蓋。
當我們構(gòu)造TreeSet時；若使用不帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，則TreeSet的使用自然比較器；若用戶需要使用自定義的比較器，則需要使用帶比較器的參數(shù)。
TreeSet是非線程安全的。
TreeSet實現(xiàn)java.io.Serializable的方式。當寫入到輸出流時，依次寫入“比較器、容量、全部元素”；當讀出輸入流時，再依次讀取。

2、HashSet、LinkedHashSet 以及 TreeSet。

（1）HashSet

不能保證元素的排列順序，順序有可能發(fā)生變化
不是同步的，非線程安全
集合元素可以是null，但只能放入一個null
當向HashSet結(jié)合中存入一個元素時，HashSet會調(diào)用該對象的hashCode()方法來得到該對象的hashCode值，然后根據(jù) hashCode值來決定該對象在HashSet中存儲位置。
簡單的說，HashSet集合判斷兩個元素相等的標準是兩個對象通過equals方法比較相等，并且兩個對象的hashCode()方法返回值相等
注意，如果要把一個對象放入HashSet中，重寫該對象對應類的equals方法，也應該重寫其hashCode()方法。其規(guī)則是如果兩個對象通過equals方法比較返回true時，其hashCode也應該相同。另外，對象中用作equals比較標準的屬性，都應該用來計算hashCode的值。

（2）LinkedHashSet

LinkedHashSet集合同樣是根據(jù)元素的hashCode值來決定元素的存儲位置，但是它同時使用鏈表維護元素的次序。這樣使得元素看起來像是以插入順序保存的，也就是說，當遍歷該集合時候，LinkedHashSet將會以元素的添加順序訪問集合的元素。

LinkedHashSet中不能有相同元素，可以有一個Null元素，元素嚴格按照放入的順序排列。
LinkedHashSet底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由哈希表和鏈表組成，鏈表保證了元素的有序即存儲和取出一致，哈希表保證了元素的唯一性。
LinkedHashSet添加、刪除操作時間復雜度都是O(1)。

（3）TreeSet

TreeSet支持兩種排序方式，自然排序和定制排序，其中自然排序為默認的排序方式。向TreeSet中加入的應該是同一個類的對象。
TreeSet判斷兩個對象不相等的方式是兩個對象通過equals方法返回false，或者通過CompareTo方法比較沒有返回0
TreeSet是中不能有相同元素，不可以有Null元素，根據(jù)元素的自然順序進行排序。
TreeSet底層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是紅黑樹(一種自平衡二叉查找樹)
添加、刪除操作時間復雜度都是O(log(n))

（4）使用場景

HashSet是基于Hash算法實現(xiàn)的，其性能通常都優(yōu)于TreeSet。我們通常都應該使用HashSet，在我們需要排序的功能時，我們才使用TreeSet。

（5）對象的加入過程

TreeSet集合對象的加入過程：

TreeSet的底層是通過二叉樹來完成存儲的，無序的集合當我們將一個對象加入treeset中，treeset會將第一個對象作為根對象，然后調(diào)用對象的compareTo方法拿第二個對象和第一個比較，當返回值等于0時，說明2個對象內(nèi)容相等，treeset就不把第二個對象加入集合。返回>1時，說明第二個對象大于第一個對象，將第二個對象放在右邊，返回-1時，則將第二個對象放在左邊，依次類推。

HashSet集合對象的加入過程：

hashset底層是hash值的地址，它里面存的對象是無序的。第一個對象進入集合時，hashset會調(diào)用object類的hashcode根據(jù)對象在堆內(nèi)存里的地址調(diào)用對象重寫的hashcode計算出一個hash值，然后第一個對象就進入hashset集合中的任意一個位置。第二個對象開始進入集合，hashset先根據(jù)第二個對象在堆內(nèi)存的地址調(diào)用對象的計算出一個hash值，如果第二個對象和第一個對象在堆內(nèi)存里的地址是相同的，那么得到的hash值也是相同的，直接返回true，hash得到true后就不把第二個元素加入集合（這段是hash源碼程序中的操作）。如果第二個對象和第一個對象在堆內(nèi)存里地址是不同的，這時hashset類會先調(diào)用自己的方法遍歷集合中的元素，當遍歷到某個元素時，調(diào)用對象的equals方法，如果相等，返回true，則說明這兩個對象的內(nèi)容是相同的，hashset得到true后不會把第二個對象加入集合。

到此這篇關(guān)于Java中的TreeSet集合解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)TreeSet集合內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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