Java中的集合(十一) 实现Map接口的TreeMap
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
// 假设treeMap中的key是String类型,value是Integer类型
Set<Map.Entry<String,Integer>> set = treeMap.entrySet();
// 迭代器遍历
Iterator<Map.Entry<String,Integer>> it = set.iterator();
while(it.hasNext()) {
Map.Entry<String, Integer> entry = it.next();
String str = entry.getKey();
Integer i = entry.getValue();
} // for-each循环遍历
for (Map.Entry<String, Integer> entry : set) {
String str = entry.getKey();
Integer i = entry.getValue();
}
(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
Set<String> set = treeMap.keySet();
Iterator<String> it = set.iterator();
while(it.hasNext()) {
String str = it.next();
}
(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
Collection<Integer> con = treeMap.values();
Iterator<Integer> it = con.iterator();
while(it.hasNext()) {
Integer i = it.next();
}
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)。
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