红黑树插入操作---以JDK 源码为例
红黑树遵循的条件:
1.根节点为黑色。
2.外部节点(叶子节点)为黑色。
3.红色节点的孩子节点为黑色。(由此,红色节点的父节点也必为黑色)
4.从根节点到任一外部节点的路径上,黑节点的数量相同。
节点插入过程
在红黑树中插入节点,首先调用查找接口,并在查找终止位置创建节点,并将节点染成红色。
当新插入节点的父节点为红色时,不满足红黑树的条件,产生‘双红’现象。此时,需要对树的拓扑结构和节点颜色进行调节。
双黑修正过程
以JDK TreeMap.class 中定义的红黑树类中插入修正函数为例,函数定义如下:
在这里约定插入节点为x,插入节点的父节点为p,祖父节点为g,曾祖父节点为gg,叔叔节点为u。双红修正根据插入节点周围的相关节点的不同情况,进行相应调整,分为以下几种情况:
修正方法:
1.对于叔叔节点为黑色的情况[UB 1-4]
需要进行1至2次旋转(相当于进行3-4重构)。并对节点进行重新染色,使之满足红黑树约束条件,如下图所示。修正后该局部的最高节点为黑色,所以双红现象不会向上传播,因此,经过本步骤修正后即可使红黑树合法。
2.对于叔叔节点为红色的情况[UR 1-4]
无需要旋转,而仅需对插入节点及相关节点进行重新染色,使之满足红黑树约束条件,如下图所示。修正后该局部的最高节点变为红色,若曾祖父节点gg为红,则会产生新的双红现象,并可能依次向上传播,因此,需递归调用修正函数,继续向上修正,直到整个树合法。
源码剖析
源代码路径/usr/lib/jvm/java-8-openjdk-amd64/jre/lib/rt.jar!/java/util/TreeMap.class (笔者使用的linux上的路径,具体路径根据安装位置会有所不同);
private void fixAfterInsertion(TreeMap.Entry<K, V> var1) {
var1.color = false; //节点颜色,true:黑色 false:红色
while(var1 != null && var1 != this.root && !var1.parent.color) {
//节点非空,非根节点,且父节点为红色 ==>>需要继续向上进行双红修正
TreeMap.Entry var2;
if (parentOf(var1) == leftOf(parentOf(parentOf(var1)))) {
//若插入节点的父节点p为祖父节点g的左孩子[UB-1,2][UR-1,2]
var2 = rightOf(parentOf(parentOf(var1))); //插入节点的叔叔节点U
if (!colorOf(var2)) { //叔叔节点为红色[UR-1,2]
setColor(parentOf(var1), true); //----重新染色----//
setColor(var2, true); //----重新染色----//
setColor(parentOf(parentOf(var1)), false); //----重新染色----//
var1 = parentOf(parentOf(var1)); //节点上升,准备向上修正
} else { //叔叔节点为黑色[UB-1,2]
if (var1 == rightOf(parentOf(var1))) { //插入节点x为右孩子 [UB-2]
var1 = parentOf(var1);
this.rotateLeft(var1); //先左旋
}
//插入节点x为右孩子 [UB-1]
setColor(parentOf(var1), true); //----重新染色----//
setColor(parentOf(parentOf(var1)), false); //----重新染色----//
this.rotateRight(parentOf(parentOf(var1))); //后右旋
}
} else {
//若插入节点的父节点p为祖父节点g的右孩子[UB-3,4][UR-3,4]
var2 = leftOf(parentOf(parentOf(var1))); //取得叔叔节点
if (!colorOf(var2)) { //叔叔节点为红色[UR-3,4]
setColor(parentOf(var1), true); //----重新染色----//
setColor(var2, true); //----重新染色----//
setColor(parentOf(parentOf(var1)), false); //----重新染色----//
var1 = parentOf(parentOf(var1)); //节点上升,准备向上修正
} else { //叔叔节点为黑色[UB-3,4]
if (var1 == leftOf(parentOf(var1))) { //插入节点x为左孩子[UB-3]
var1 = parentOf(var1); //
this.rotateRight(var1); //先右旋
}
//插入节点x为右孩子[UB-4]
setColor(parentOf(var1), true); //----重新染色----//
setColor(parentOf(parentOf(var1)), false); //----重新染色----//
this.rotateLeft(parentOf(parentOf(var1))); //左旋
}
}
}
this.root.color = true; //为避免将根节点染红,总是进行修正
}
当插入节点的叔叔节点为红色时[UR],需要将祖父节点g染红,从而可能导致双红现象向上传播(当gg为红时)。此时,需要递归调用双红修正函数,继续向上修正,直至消除树中双红现象。
在以上JDK代码中,并为出现函数递归调用,而是将递归调用更改为等价的迭代(while循环内)。在处理完叔叔节点为红的情况时,先进行染色,然后将当前节点x更新为其祖父节点g。在while循环内,持续进行修正。每循环一次,当将节点都会上升两层,直到到达根节点,或者gg为黑,修正即完成。
当x节点的祖父节点g为根节点时,而叔叔节点为红色时,修正函数会将根节点g染红,而违反红黑树规则1,此时,只需将根节点g染黑即可使红黑树恢复合法(函数最后一行),这也是唯一增加树的黑高度的情况。
笔者在阅读代码时,还产生一些疑惑:在[UB-2,3]两种情况的处理过程中,会更新当前节点x,如下所示。
[UB-2]
if (var1 == rightOf(parentOf(var1))) { //插入节点x为右孩子 [UB-2]
var1 = parentOf(var1);
this.rotateLeft(var1); //先左旋
}
[UB-3]
if (var1 == leftOf(parentOf(var1))) { //插入节点x为左孩子[UB-3]
var1 = parentOf(var1); //
this.rotateRight(var1); //先右旋
}
可以看到在旋转前,当前节点x会被替换为其父节点p,然后在对其进行旋转。来看一下旋转函数的定义:
private void rotateLeft(TreeMap.Entry<K, V> var1) {
if (var1 != null) {
TreeMap.Entry var2 = var1.right; //[1]
var1.right = var2.left; //[2]
if (var2.left != null) {
var2.left.parent = var1; //[3]
}
var2.parent = var1.parent; //[4]
if (var1.parent == null) {
this.root = var2; //[5]
} else if (var1.parent.left == var1) {
var1.parent.left = var2; //[6]
} else {
var1.parent.right = var2; //[6']
}
var2.left = var1; //[7]
var1.parent = var2; //[8]
}
}
函数中各步骤用图表达为:
设x为当前节点x_old,其在fixAfterInsertion中被上升到父节点x=p,对x调用rotateLeft后,x的高度将降低一层,与原来的旧值x_old处于同一层次。这样在后续进行右旋或左旋时,即可对不同层次进行正确的染色。
以上图为例,若节点v1p为根节点,则节点r的原深度为3,在fixAfterInsertion中被上升到父节点r=p后,r的深度为2,在对r调用rotateLeft后,r的深度恢复为3,此后再对r调用parentOf后,即可得到深度为2的父节点,对r调用parentOf-parentOf后,得到深度为1的祖父节点,从而确保不同层次的节点被正确染色。右旋的情况左旋相类似。
由此可以得出结论:在对节点x进行旋转前,先将其指向父节点p,然后实施旋转,此后进行的染色即可和只需要一次旋转的操作保持一致性,使代码更加紧凑。
红黑树插入操作---以JDK 源码为例的更多相关文章
- 红黑树的删除操作---以JDK源码为例
删除操作需要处理的情况: 1.删除的是红色节点,则删除节点并不影响红黑树的树高,无需处理. 2.删除的是黑色节点,则删除后,删除节点所在子树的黑高BH将减少1,需要进行调整. 节点标记: 正在处理的节 ...
- JDK源码那些事儿之并发ConcurrentHashMap下篇
上一篇文章已经就ConcurrentHashMap进行了部分说明,介绍了其中涉及的常量和变量的含义,有些部分需要结合方法源码来理解,今天这篇文章就继续讲解并发ConcurrentHashMap 前言 ...
- JDK源码那些事儿之红黑树基础下篇
说到HashMap,就一定要说到红黑树,红黑树作为一种自平衡二叉查找树,是一种用途较广的数据结构,在jdk1.8中使用红黑树提升HashMap的性能,今天就来说一说红黑树,上一讲已经给出插入平衡的调整 ...
- JDK源码那些事儿之红黑树基础上篇
说到HashMap,就一定要说到红黑树,红黑树作为一种自平衡二叉查找树,是一种用途较广的数据结构,在jdk1.8中使用红黑树提升HashMap的性能,今天就来说一说红黑树. 前言 限于篇幅,本文只对红 ...
- 【java基础之jdk源码】集合类
最近在整理JAVA 基础知识,从jdk源码入手,今天就jdk中 java.util包下集合类进行理解 先看图 从类图结构可以了解 java.util包下的2个大类: 1.Collecton:可以理解为 ...
- JDK源码及其他框架源码解析随笔地址导航
置顶一篇文章,主要是整理一下写过的JDK中各个类的源码及其他框架源码解析的文章,方便自己随时阅读也方便网友朋友们阅读与指正 基础篇 从为什么String=String谈到StringBuilder和S ...
- JDK源码分析之hashmap就这么简单理解
一.HashMap概述 HashMap是基于哈希表的Map接口实现,此实现提供所有可选的映射操作,并允许使用null值和null键.HashMap与HashTable的作用大致相同,但是它不是线程安全 ...
- 【JDK】JDK源码分析-LinkedHashMap
概述 前文「JDK源码分析-HashMap(1)」分析了 HashMap 主要方法的实现原理(其他问题以后分析),本文分析下 LinkedHashMap. 先看一下 LinkedHashMap 的类继 ...
- 【JDK】JDK源码分析-HashMap(1)
概述 HashMap 是 Java 开发中最常用的容器类之一,也是面试的常客.它其实就是前文「数据结构与算法笔记(二)」中「散列表」的实现,处理散列冲突用的是“链表法”,并且在 JDK 1.8 做了优 ...
随机推荐
- 内置的re模块
re(正则表达式) 字符匹配: 普通字符匹配:re.findall("alex","shfalexjaf"),直接查找符合的字符 元字符: . ^ $ * ...
- 美国Science公布:全球125个最前沿的科学难题(图)
文章来源:https://www.toutiao.com/i6637224168045675021 美国Science在庆祝创刊125周年之际,公布了125个最具挑战性的科学问题.这些前沿科学和研究方 ...
- 【LeetCode】排序 sort(共20题)
链接:https://leetcode.com/tag/sort/ [56]Merge Intervals (2019年1月26日,谷歌tag复习) 合并区间 Input: [[1,3],[2,6], ...
- 如何提高SMTP邮件的安全性?从而不被黑客窃听
简单邮件传输协议(SMTP)用于在邮件服务器之间进行邮件传输,并且传统上是不安全的,因此容易被黑客窃听.命名实体的基于DNS的认证(国家统计局)用于SMTP提供了邮件传输更安全的方法,并逐渐变得越来越 ...
- 阅读《Effective Java》每条tips的理解和总结(2)(持续更新)
15. 使类和成员的可访问性最小化 一个好用的类的属性必须要隐藏起来,干净的将它与类的api分离开来,类之间只通过api相互使用,降低他们之间的耦合性.为了做到这一点,建议根据情况选择尽可能低的访问级 ...
- NOIP2016 D2T2 蚯蚓
洛谷P2827 其实是一道不是很难的模拟题,暴力好像可以拿80,AC的话要发现其中隐含的单调性 首先是一个小技巧,每次将所有蚯蚓的长度都+q肯定时间复杂度很大,那我们就想,其他所有的蚯蚓加,就相当于取 ...
- js中或者vue中 Object.assign()用法详解
Object.assign()是浅拷贝. 合并对象 var o1 = { a: 1 }; var o2 = { b: 2 }; var o3 = { c: 3 }; var obj = Object. ...
- 对Moment.js的研究
创建npm install moment --save-dev 日期格式化 moment().format('MMMM Do YYYY, h:mm:ss a'); // 六月 4日 2019, 6:2 ...
- LeetCode--072--编辑距离(python)
给定两个单词 word1 和 word2,计算出将 word1 转换成 word2 所使用的最少操作数 . 你可以对一个单词进行如下三种操作: 插入一个字符删除一个字符替换一个字符示例 1: 输入: ...
- APP功能测试注意点
App功能测试的7大注意点 : APP测试 在日常工作的摸索中,我们将如何做好app测试的注意点简单归结为如下内容. 弱网测试,兼容性测试,UI测试.中断测试, 01 运行 1)App安装完成后 ...