java集合-TreeSet底层原理

首先明白TreeSet属于集的范围，所以它只能存放引用类型，不能用于基本数据类型，实现了set接口，所以它本身不能有重复的元素，当存入自定义的引用类型的时候就必须考虑到元素不可重复的这个特性，换句话说就必须实现Comparable接口(Comparable与Compared接口的区别)，在TreeSet内部会自动调用存储的引用类型对象的实现的Comparable接口中的compareTo方法，如果不实现这个接口就会报错，因为找不到那个方法。自定义引用类型类由自己定义，实现的接口的方法由自己实现，这也就吧具体的比较对象交给了我们自己，在用TreeSet存放元素的时候的排序规则由自己定义。

HashSet，TreeSet，LinkedHashSet之间的区别：HashSet只去重，TreeSet去重并排序，LinkedHashSet去重并保留插入顺序

TreeSet支持两种排序方法：自然排序和定制排序。TreeSet默认采用自然排序。
1、自然排序
TreeSet会调用集合元素的compareTo(Object obj)方法来比较元素之间大小关系，然后将集合元素按升序排列，这种方式就是自然排序。（比较的前提：两个对象的类型相同）。
java提供了一个Comparable接口，该接口里定义了一个compareTo(Object obj)方法，该方法返回一个整数值，实现该接口的类必须实现该方法，实现了该接口的类的对象就可以比较大小。当一个对象调用该方法与另一个对象进行比较，例如obj1.comparTo(obj2),如果该方法返回0，则表明这两个对象相等；如果返回一个正整数，则表明obj1大于obj2；如果该方法返回一个负整数，则表明obj1小于obj2.
java常用类实现Comparable接口，并提供了比较大小的标准。实现Comparable接口的常用类：

BigDecimal、BigIneger以及所有数值型对应包装类：按它们对应的数值的大小进行比较。
Character：按字符的UNICODE值进行比较。
Boolean：true对应的包装类实例大于false对应的包装类实例。
String：按字符串中字符的UNICODE值进行比较。
Date、Time：后面的时间、日期比前面的时间、日期大。

如果试图把一个对象添加进TreeSet时，则该对象的类必须实现Comparable接口。
如下程序则会报错：

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class Err

{

}

public class TestTreeSetError

{

public static void main(String[] args)

{

TreeSet ts = new TreeSet();

//向TreeSet集合中添加两个Err对象

ts.add(new Err());

}

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//Z类，重写了equals方法，总是返回false，

//重写了compareTo(Object obj)方法，总是返回正整数

class Z implements Comparable

{

int age;

public Z(int age)

{

this.age = age;

}

public boolean equals(Object obj)

{

return false;

}

public int compareTo(Object obj)

{

return 1;

}

public class TestTreeSet

{

public static void main(String[] args)

{

TreeSet set = new TreeSet();

Z z1 = new Z(6);

set.add(z1);

System.out.println(set.add(z1));

//下面输出set集合，将看到有2个元素

System.out.println(set);

//修改set集合的第一个元素的age属性

((Z)(set.first())).age = 9;

//输出set集合的最后一个元素的age属性，将看到也变成了9

System.out.println(((Z)(set.last())).age);

}

说明：
上面程序试图向TreeSet集合中添加2个Err对象，添加第一个对象时，TreeSet里没有任何元素，所以没有问题；当添加第二个Err对象时，TreeSet就会调用该对象的compareTo(Object obj)方法与集合中其他元素进行比较——如果对应的类没有实现Comparable接口，则会引发ClassCastException异常。而且当试图从TreeSet中取出元素第一个元素时，依然会引发ClassCastException异常。

当采用compareTo(Object obj)方法比较对象时，都需要将被比较对象obj强制类型转换成相同类型，因为只有相同类的两个实例才能比较大小。即向TreeSet中添加的应该是同一个类的对象，否则会引发ClassCastException异常。例如，当向TreeSet中添加一个字符串对象，这个操作完全正常。当添加第二个 Date对象时，TreeSet就好调用该对象的compareTo(Object obj)方法与集合中其他元素进行比较，则此时程序会引发异常。
在实际编程中，程序员可以定义自己的类向TreeSet中添加多种类型的对象，前提是用户自定义类实现了Comparable接口，实现该接口时在实现 compareTo(Object obj)方法时没有进行强制类型转换。但当操作TreeSet里的集合数据时，不同类型的元素依然会发生ClassCastExceptio异常。（认真阅读下就会明白)

当把一个对象加入TreeSet集合中时，TreeSet调用该对象的compareTo(Object obj)方法与容器中的其他对象比较大小，然后根据红黑树算法决定它的存储位置。如果两个对象通过compareTo(Object obj)比较相等，TreeSet即认为它们存储同一位置。

对于TreeSet集合而言，它判断两个对象不相等的标准是：两个对象通过equals方法比较返回false，或通过compareTo（Object obj）比较没有返回0——即使两个对象时同一个对象，TreeSet也会把它们当成两个对象进行处理。
如下程序所示：

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//Z类，重写了equals方法，总是返回false，

//重写了compareTo(Object obj)方法，总是返回正整数

class Z implements Comparable

{

int age;

public Z(int age)

{

this.age = age;

}

public boolean equals(Object obj)

{

return false;

}

public int compareTo(Object obj)

{

return 1;

}

public class TestTreeSet

{

public static void main(String[] args)

{

TreeSet set = new TreeSet();

Z z1 = new Z(6);

set.add(z1);

System.out.println(set.add(z1));

//下面输出set集合，将看到有2个元素

System.out.println(set);

//修改set集合的第一个元素的age属性

((Z)(set.first())).age = 9;

//输出set集合的最后一个元素的age属性，将看到也变成了9

System.out.println(((Z)(set.last())).age);

}

程序运行结果：

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true

[TreeSet.Z@1fb8ee3, TreeSet.Z@1fb8ee3]

9

说明：
程序中把同一个对象添加了两次，因为z1对象的equals()方法总是返回false，而且compareTo(Object obj)方法总是返回1。这样TreeSet会认为z1对象和它自己也不相同，因此TreeSet中添加两个z1对象。而TreeSet对象保存的两个元素实际上是同一个元素。所以当修改TreeSet集合里第一个元素的age属性后，该TreeSet集合里最后一个元素的age属性也随之改变了。

总结：当需要把一个对象放入TreeSet中时，重写该对象对应类的equals()方法时，应保证该方法与compareTo(Object obj)方法有一致结果，其规则是：如果两个对象通过equals方法比较返回true时，这两个对象通过compareTo（Object obj）方法比较应返回0.

如果两个对象通过equals方法比较返回true，但这两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较不返回0时，这将导致TreeSet将会把这两个对象保存在不同位置，从而两个对象都可以添加成功，这与Set集合的规则有点出入。

如果两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较返回0时，但它们通过equals方法比较返回false时将更麻烦：因为两个对象通过compareTo（Object obj）方法比较相等，TreeSet将试图把它们保存在同一个位置，但实际上又不行（否则将只剩下一个对象），所以处理起来比较麻烦。

如果向TreeSet中添加一个可变对象后，并且后面程序修改了该可变对象的属性，导致它与其他对象的大小顺序发生改变，但TreeSet不会再次调整它们的顺序，甚至可能导致TreeSet中保存这两个对象，它们通过equals方法比较返回true，compareTo（Object obj）方法比较返回0.
如下程序所示：

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class R

{

int count;

public R(int count)

{

this.count = count;

}

public String toString()

{

return "R(count属性:" + count + ")";

}

public boolean equals(Object obj)

{

if (obj instanceof R)

{

R r = (R)obj;

if (r.count == this.count)

{

return true;

}

return false;

}

public int hashCode()

{

return this.count;

}

public class TestHashSet2

{

public static void main(String[] args)

{

HashSet hs = new HashSet();

hs.add(new R(5));

hs.add(new R(-3));

hs.add(new R(9));

hs.add(new R(-2));

//打印TreeSet集合，集合元素是有序排列的

System.out.println(hs);

//取出第一个元素

Iterator it = hs.iterator();

R first = (R)it.next();

//为第一个元素的count属性赋值

first.count = -3;

//再次输出count将看到TreeSet里的元素处于无序状态

System.out.println(hs);

hs.remove(new R(-3));

System.out.println(hs);

//输出false

System.out.println("hs是否包含count为-3的R对象？" + hs.contains(new R(-3)));

//输出false

System.out.println("hs是否包含count为5的R对象？" + hs.contains(new R(5)));

}

程序运行结果：

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[R(count属性:- 3 ), R(count属性:- 2 ), R(count属性: 5 ), R(count属性: 9 )]

[R(count属性: 20 ), R(count属性:- 2 ), R(count属性: 5 ), R(count属性:- 2 )]

[R(count属性: 20 ), R(count属性:- 2 ), R(count属性:- 2 )]

说明：
上面程序中的R对象是一个正常重写了equals方法和comparable方法类，这两个方法都以R对象的count属性作为判断的依据。可以看到程序第一次输出的结果是有序排列的。当改变R对象的count属性，程序的输出结果也发生了改变，而且包含了重复元素。一旦改变了TreeSet集合里可变元素的属性，当再视图删除该对象时，TreeSet也会删除失败（甚至集合中原有的、属性没被修改，但与修改后元素相等的元素也无法删除），所以删除 count
为-2的R对象时，没有任何元素被删除；程序可以删除count为5的R对象，这表明TreeSet可以删除没有被修改属性、且不与其他被修改属性的对象重复的对象。

总结：与HashSet在处理这些对象时将非常复杂，而且容易出错。为了让程序更具健壮，推荐HashSet和TreeSet集合中只放入不可变对象。

2、定制排序
TreeSet的自然排序是根据集合元素的大小，TreeSet将他们以升序排列。如果需要实现定制排序，例如降序，则可以使用Comparator接口。该接口里包含一个int compare（T o1， T o2）方法，该方法用于比较o1和o2的大小。
如果需要实现定制排序，则需要在创建TreeSet集合对象时，并提供一个Comparator对象与该TreeSet集合关联，由该Comparator对象负责集合元素的排序逻辑。
如下程序所示：

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class M {

int age;

public M( int age) {

this .age = age;

}

public String toString() {

return "M对象（age：" + age + ")" ;

}

public class TestTreeSet3 {

public static void main(String[] args) {

TreeSet ts = new TreeSet( new Comparator() {

public int compare(Object o1, Object o2) {

M m1 = (M) o1;

M m2 = (M) o2;

if (m1.age > m2.age) {

return - 1 ;

} else if (m1.age == m2.age) {

return 0 ;

} else {

return 1 ;

}

});

ts.add( new M( 5 ));

ts.add( new M(- 3 ));

ts.add( new M( 9 ));

System.out.println(ts);

}

程序运行结果：

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1	`[M对象（age：9), M对象（age：5), M对象（age：-3)]`

说明：
上面程序中创建了一个Comparator接口的匿名内部类对象，该对象负责ts集合的排序。所以当我们把M对象添加到ts集合中时，无须M类实现 Comparable接口，因为此时TreeSet无须通过M对象来比较大小，而是由与TreeSet关联的Comparator对象来负责集合元素的排序。使用定制排序时，TreeSet对集合元素排序时不管集合元素本身的大小，而是由Comparator对象负责集合元素的排序规则。

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