Java TreeMap 介紹和使用__Java

  概要

這一章，我們對TreeMap進行學習。
我們先對TreeMap有個整體認識，然後再學習它的源碼，最後再通過執行個體來學會使用TreeMap。內容包括：
第1部分 TreeMap介紹
第2部分 TreeMap資料結構
第3部分 TreeMap遍曆方式

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  第1部分 TreeMap介紹

TreeMap 簡介

TreeMap 是一個有序的key-value集合，它是通過紅/黑樹狀結構實現的。
TreeMap 繼承於AbstractMap，所以它是一個Map，即一個key-value集合。
TreeMap 實現了NavigableMap介面，意味著它支援一系列的導航方法。比如返回有序的key集合。
TreeMap 實現了Cloneable介面，意味著它能被複製。
TreeMap 實現了java.io.Serializable介面，意味著它支援序列化。

TreeMap基於紅/黑樹狀結構（Red-Black tree）實現。該映射根據其鍵的自然順序進行排序，或者根據建立映射時提供的 Comparator 進行排序，具體取決於使用的構造方法。
TreeMap的基本操作 containsKey、get、put 和 remove 的時間複雜度是 log(n) 。
另外，TreeMap是非同步的。 它的iterator 方法返回的迭代器是fail-fastl的。

 

TreeMap的建構函式

// 預設建構函式。使用該建構函式，TreeMap中的元素按照自然排序進行排列。TreeMap()// 建立的TreeMap包含MapTreeMap(Map<? extends K, ? extends V> copyFrom)// 指定Tree的比較子TreeMap(Comparator<? super K> comparator)// 建立的TreeSet包含copyFromTreeMap(SortedMap<K, ? extends V> copyFrom)

TreeMap的API

 Map.Entry<K,V>ceilingEntry(K key)           返回一個鍵-值對應關係，它與大於等於給定鍵的最小鍵關聯；如果不存在這樣的鍵，則返回 null。 KceilingKey(K key)           返回大於等於給定鍵的最小鍵；如果不存在這樣的鍵，則返回 null。 voidclear()           從此映射中移除所有映射關係。 Objectclone()           返回此 TreeMap 執行個體的淺表副本。 Comparator<? super K>comparator()           返回對此映射中的鍵進行排序的比較子；如果此映射使用鍵的自然順序，則返回 null。 booleancontainsKey(Object key)           如果此映射包含指定鍵的映射關係，則返回 true。 booleancontainsValue(Object value)           如果此映射為指定值對應一個或多個鍵，則返回 true。 NavigableSet<K>descendingKeySet()           返回此映射中所包含鍵的逆序 NavigableSet 視圖。 NavigableMap<K,V>descendingMap()           返回此映射中所包含映射關係的逆序視圖。 Set<Map.Entry<K,V>>entrySet()           返回此映射中包含的映射關係的 Set 視圖。 Map.Entry<K,V>firstEntry()           返回一個與此映射中的最小鍵關聯的鍵-值對應關係；如果映射為空白，則返回 null。 KfirstKey()           返回此映射中當前第一個（最低）鍵。 Map.Entry<K,V>floorEntry(K key)           返回一個鍵-值對應關係，它與小於等於給定鍵的最大鍵關聯；如果不存在這樣的鍵，則返回 null。 KfloorKey(K key)           返回小於等於給定鍵的最大鍵；如果不存在這樣的鍵，則返回 null。 Vget(Object key)           返回指定鍵所映射的值，如果對於該鍵而言，此映射不包含任何映射關係，則返回 null。 SortedMap<K,V>headMap(K toKey)           返回此映射的部分視圖，其索引值嚴格小於 toKey。 NavigableMap<K,V>headMap(K toKey, boolean inclusive)           返回此映射的部分視圖，其鍵小於（或等於，如果 inclusive 為 true）toKey。 Map.Entry<K,V>higherEntry(K key)           返回一個鍵-值對應關係，它與嚴格大於給定鍵的最小鍵關聯；如果不存在這樣的鍵，則返回 null。 KhigherKey(K key)           返回嚴格大於給定鍵的最小鍵；如果不存在這樣的鍵，則返回 null。 Set<K>keySet()           返回此映射包含的鍵的 Set 視圖。 Map.Entry<K,V>lastEntry()           返回與此映射中的最大鍵關聯的鍵-值對應關係；如果映射為空白，則返回 null。 KlastKey()           返回映射中當前最後一個（最高）鍵。 Map.Entry<K,V>lowerEntry(K key)           返回一個鍵-值對應關係，它與嚴格小於給定鍵的最大鍵關聯；如果不存在這樣的鍵，則返回 null。 KlowerKey(K key)           返回嚴格小於給定鍵的最大鍵；如果不存在這樣的鍵，則返回 null。 NavigableSet<K>navigableKeySet()           返回此映射中所包含鍵的 NavigableSet 視圖。 Map.Entry<K,V>pollFirstEntry()           移除並返回與此映射中的最小鍵關聯的鍵-值對應關係；如果映射為空白，則返回 null。 Map.Entry<K,V>pollLastEntry()           移除並返回與此映射中的最大鍵關聯的鍵-值對應關係；如果映射為空白，則返回 null。 Vput(K key, V value)           將指定值與此映射中的指定鍵進行關聯。 voidputAll(Map<? extends K,? extends V> map)           將指定映射中的所有映射關係複製到此映射中。 Vremove(Object key)           如果此 TreeMap 中存在該鍵的映射關係，則將其刪除。 intsize()           返回此映射中的鍵-值對應關係數。 NavigableMap<K,V>subMap(K fromKey, boolean fromInclusive, K toKey, boolean toInclusive)           返回此映射的部分視圖，其鍵的範圍從 fromKey 到 toKey。 SortedMap<K,V>subMap(K fromKey, K toKey)           返回此映射的部分視圖，其索引值的範圍從 fromKey（包括）到 toKey（不包括）。 SortedMap<K,V>tailMap(K fromKey)           返回此映射的部分視圖，其鍵大於等於 fromKey。 NavigableMap<K,V>tailMap(K fromKey, boolean inclusive)           返回此映射的部分視圖，其鍵大於（或等於，如果 inclusive 為 true）fromKey。 Collection<V>values()           返回此映射包含的值的 Collection 視圖。

第2部分 TreeMap資料結構

TreeMap的繼承關係

java.lang.Object   ↳     java.util.AbstractMap<K, V>         ↳     java.util.TreeMap<K, V>public class TreeMap<K,V>    extends AbstractMap<K,V>    implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {}

TreeMap與Map關係如下圖：

從圖中可以看出：
(01) TreeMap實現繼承於AbstractMap，並且實現了NavigableMap介面。
(02) TreeMap的本質是R-B Tree(紅/黑樹狀結構)，它包含幾個重要的成員變數： root, size, comparator。
　　root 是紅黑數的根節點。它是Entry類型，Entry是紅黑數的節點，它包含了紅黑數的6個基本組成成分：key(鍵)、value(值)、left(左孩子)、right(右孩子)、parent(父節點)、color(顏色)。Entry節點根據key進行排序，Entry節點包含的內容為value。 
　　紅黑數排序時，根據Entry中的key進行排序；Entry中的key比較大小是根據比較子comparator來進行判斷的。
　　size是紅黑數中節點的個數。

關於紅黑數的具體演算法，請參考"紅/黑樹狀結構(一) 原理和演算法詳細介紹"。

第3部分 TreeMap遍曆方式

3.1 遍曆TreeMap的索引值對

第一步：根據entrySet()擷取TreeMap的“索引值對”的Set集合。
第二步：通過Iterator迭代器遍曆“第一步”得到的集合。

// 假設map是TreeMap對象// map中的key是String類型，value是Integer類型Integer integ = null;Iterator iter = map.entrySet().iterator();while(iter.hasNext()) {    Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next();    // 擷取key    key = (String)entry.getKey();        // 擷取value    integ = (Integer)entry.getValue();}

3.2 遍曆TreeMap的鍵

第一步：根據keySet()擷取TreeMap的“鍵”的Set集合。
第二步：通過Iterator迭代器遍曆“第一步”得到的集合。

// 假設map是TreeMap對象// map中的key是String類型，value是Integer類型String key = null;Integer integ = null;Iterator iter = map.keySet().iterator();while (iter.hasNext()) {        // 擷取key    key = (String)iter.next();        // 根據key，擷取value    integ = (Integer)map.get(key);}

3.3 遍曆TreeMap的值

第一步：根據value()擷取TreeMap的“值”的集合。
第二步：通過Iterator迭代器遍曆“第一步”得到的集合。

// 假設map是TreeMap對象// map中的key是String類型，value是Integer類型Integer value = null;Collection c = map.values();Iterator iter= c.iterator();while (iter.hasNext()) {    value = (Integer)iter.next();}