Java中的集合(十一) 实现Map接口的TreeMap

一、TreeMap简介（基于JDK1.8）

TreeMap是基于红黑树数据结构，是一个key-value的有序集合，该映射根据其键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。因为红黑树是平衡的二叉搜索树，所以其put、get、remove的时间复杂度都为log(n)。

（一）、TreeMap与Map的关系

（二）、数据结构

红黑树操作包括插入、删除、左旋、右旋，这里有个可视化的红黑树操作网站，把这些操作都按动画做出来了，生动形象。

二、TreeMap的继承结构

（一）、继承结构

- TreeMap继承AbstractMap，实现了Map接口。Map是key-value键值对接口，所以具有Map接口的特性；
- 实现了NavigableMap接口，而NavigableMap接口继承了SortedMap接口，所以TreeMap具有一系列导航的方法，意味TreeMap是有序的键值对集合；
- 实现了Cloneable接口，意味着TreeMap可以被克隆；
- 实现了Serializable接口，意味着可以被序列化。

（二）、有序的实现

TreeMap实现了NavigableMap接口，NavigableMap是JDK1.6新增的，NavigableMap继承了SortedMap（这个Map是有序的），顺序一般是指由Comparable接口提供的keys的自然序，或者也可以在创建SortedMap实例时，指定一个Comparator来决定。插入SortedMap中的key的类都必须继承Comparable类（或指定一个comparator），这样才能通过k1.compareTo(k2)或comparator.compare(k1, k2)来比较两个key。

NavigableMap接口在SortedMap的基础上增加了一些导航方法来返回与搜索目标最近的元素。例如下面这些方法：

三、TreeMap的构造方法

四、TreeMap重要成员属性

TreeMap是基于R-B Tree(红黑树)，它包含几个重要的成员变量： root，size，comparator。

（一）、root

root 是红黑数的根节点。它是Entry类型。Entry是TreeMap的内部类，实现了Map.Entry接口，是红黑树的节点，包含了红黑树的6个基本组成部分：key(键)、value(值)、left(左孩子)、right(右孩子)、parent(父节点)、color(颜色)。Entry节点根据key进行排序，Entry节点包含的内容为value。

（二）、size

是红黑数中节点的个数。

（三）、comparator

比较器，红黑数排序时，根据Entry中的key进行排序；Entry中的key比较大小是根据比较器comparator来进行判断的。

五、TreeMap的遍历

（一）、通过entrySet（），键值对遍历方式

①、首先通过entrySet方法获取键值对Set集合；

②、通过迭代器或者for-each循环遍历获得的Set集合

 1 // 假设treeMap中的key是String类型，value是Integer类型
 2 Set<Map.Entry<String,Integer>> set =  treeMap.entrySet();    
 3 // 迭代器遍历
 4 Iterator<Map.Entry<String,Integer>> it = set.iterator();
 5 while(it.hasNext()) {
 6     Map.Entry<String, Integer> entry = it.next();
 7     String str = entry.getKey();
 8     Integer i = entry.getValue();
 9 }
10 
11 // for-each循环遍历
12 for (Map.Entry<String, Integer> entry : set) {
13     String str = entry.getKey();
14     Integer i = entry.getValue();        
15 }

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（二）、通过keySet（），键的遍历

①、首先通过keySet方法获取键的Set集合；

②、通过迭代器或者for-each循环遍历获得的Set集合

1 Set<String> set =  treeMap.keySet();
2 Iterator<String> it = set.iterator();
3 while(it.hasNext()) {    
4     String str = it.next();
5 }

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（三）、通过value（），值的遍历

①、首先通过entrySet方法获取值的Set集合；

②、通过迭代器或者for-each循环遍历获得的Set集合

1 Collection<Integer> con =  treeMap.values();
2 Iterator<Integer> it = con.iterator();
3 while(it.hasNext()) {    
4     Integer i = it.next();
5 }

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六、TreeMap常用API

七、TreeMap与HashMap异同

（一）、相同点

- 两者均是线程不安全的；增删改查操作的
- 两者插入节点时，key重复均覆盖旧值。

（二）、不同点

- 底层数据结构不同。HashMap是基于数组+链表+红黑树的数据结构，TreeMap是基于红黑树的数据结构。
- 有序无序。HashMap是无序的，TreeMap是有序的。
- null值情况。HashMap允许存储null，TreeMap的键不允许存储null，但是值可以为null。
- 操作时间不同。HashMap增删改查操作的时间复杂度为O（1），TreeMap增删改查的时间复杂度为O（log(n)）。
- TreeMap要求key必须实现Comparable接口，或者初始化时传入Comparator比较器。

八、TreeMap与TreeSet的异同

TreeMap 是 Map 接口的实现类，而TreeSet 是 Set 接口的实现类。虽然 TreeMap 和TreeSet 实现的接口规范不同，但 TreeSet 底层是通过 TreeMap 来实现的（如同HashSet底层是是通过HashMap来实现、LinkedHashSet底层基于LinkedHashMap实现一样），因此二者的实现方式完全一样，都是红黑树算法。

（一）、相同点

- TreeMap和TreeSet都是有序的集合（仅仅key对象有序）。
- TreeMap和TreeSet都是非同步的，线程不安全的。可以通过Collections.synchroinzedMap()实现同步。
- 内部对元素的操作时间复杂度都是O(logN)，而HashMap/HashSet/HashTable则为O(1)。

（二）、不同点

- 最主要的区别就是TreeSet和TreeMap分别实现Set和Map接口。
- TreeSet不能存储重复的元素，TreeMap除了键不能重复，但是值可以重复。
- TreeSet只存储一个对象（单列集合），而TreeMap存储两个对象Key和Value（仅仅key对象有序，双列集合）。