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  • java.util.TreeSet源码分析

    TreeSet是基于TreeMap实现的,元素的顺序取决于元素自身的自然顺序或者在构造时提供的比较器。

    对于add,remove,contains操作,保证log(n)的时间复杂度。

    因为Set接口的定义根据equals方法,但是TreeSet接口约定元素的顺序基于compareTo或者compare方法,所以它们要保持一致性才能保证程序不会出错。

    TreeSet不是同步化的,运行在多线程环境下需要外部同步化或调用SortedSet s = Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet(...));方法。

    迭代器是快速失败的。

    public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
        implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable

    实例变量

    //TreeSet的实现基于TreeMap(TreeMap实现NavigableMap),内部维护一个NavigableMap
    private transient NavigableMap<E,Object> m;
    
    //作用是把TreeSet的元素存入TreeMap中时,元素作为键,PRESENT作为值
    private static final Object PRESENT = new Object();

    构造器

        //这个构造器不是导出API,在下面构造器有使用这个构造器
        TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
            this.m = m;
        }
    
        //调用第一个的构造器,创建一个空的TreeSet,不提供比较器,使用元素自然顺序
        public TreeSet() {
            this(new TreeMap<E,Object>());
        }
    
        //调用第一个构造器,提供比较器,比较器由TreeMap维护,TreeSet本身没有比较器
        public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
            this(new TreeMap<>(comparator));
        }
    
        //通过Collection的子类构造TreeSet,不提供比较器,使用元素的自然顺序
        public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
            this();
            addAll(c);
        }
    
        //通过SortedSet的子类构造TreeSet,SortedSet本身可能有比较器,如果有,使用该比较器,否则使用元素自然顺序
        public TreeSet(SortedSet<E> s) {
            this(s.comparator());
            addAll(s);
        }

    迭代器

        //返回升序迭代器
        public Iterator<E> iterator() {
            return m.navigableKeySet().iterator();
        }
    
        //返回降序迭代器
        public Iterator<E> descendingIterator() {
            return m.descendingKeySet().iterator();
        }

    返回一个降序的TreeSet

        public NavigableSet<E> descendingSet() {
            return new TreeSet<>(m.descendingMap());
        }

    一些基本操作

        //Set含有的元素个数    
        public int size() {
            return m.size();
        }
    
        //判断是否为空,其实就是size会否为0
        public boolean isEmpty() {
            return m.isEmpty();
        }
    
        //Set是否包含元素o
        public boolean contains(Object o) {
            return m.containsKey(o);
        }
    
        //增加一个元素,可以看到e作为键,PRESENT作为值
        public boolean add(E e) {
            return m.put(e, PRESENT)==null;
        }
    
        //删除一个元素,根据删除返回的结果是否和PRESENT等同来返回是否删除成功
        public boolean remove(Object o) {
            return m.remove(o)==PRESENT;
        }
    
        //清空Set
        public void clear() {
            m.clear();
        }

    返回子集合的操作

        //fromElement开始元素,toElement结束元素,fromInclusive,toInclusive表示是否包含边界,跟下面的返回子集合操作的参数意义一样
        public NavigableSet<E> subSet(E fromElement, boolean fromInclusive,
                                      E toElement,   boolean toInclusive) {
            return new TreeSet<>(m.subMap(fromElement, fromInclusive,
                                           toElement,   toInclusive));
        }
    
        public NavigableSet<E> headSet(E toElement, boolean inclusive) {
            return new TreeSet<>(m.headMap(toElement, inclusive));
        }
    
        public NavigableSet<E> tailSet(E fromElement, boolean inclusive) {
            return new TreeSet<>(m.tailMap(fromElement, inclusive));
        }
    
        public SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement) {
            return subSet(fromElement, true, toElement, false);
        }
    
        public SortedSet<E> headSet(E toElement) {
            return headSet(toElement, false);
        }
    
        public SortedSet<E> tailSet(E fromElement) {
            return tailSet(fromElement, true);
        }

    返回比较器

        public Comparator<? super E> comparator() {
            return m.comparator();
        }

    返回某些特定元素的操作

        //返回集合的第一个元素
        public E first() {
            return m.firstKey();
        }
    
        //返回集合的最后一个元素
        public E last() {
            return m.lastKey();
        }
    
        //返回比e小的最大元素,不包括e
        public E lower(E e) {
            return m.lowerKey(e);
        }
    
        //返回比e小的最大元素,包括e
        public E floor(E e) {
            return m.floorKey(e);
        }
    
        //返回比e大的最小元素,包括e
        public E ceiling(E e) {
            return m.ceilingKey(e);
        }
    
        //返回比e大的最小元素,不包括e
        public E higher(E e) {
            return m.higherKey(e);
        }
    
        //返回并删除第一个元素
        public E pollFirst() {
            Map.Entry<E,?> e = m.pollFirstEntry();
            return (e == null) ? null : e.getKey();
        }
    
        //返回并删除最后一个元素
        public E pollLast() {
            Map.Entry<E,?> e = m.pollLastEntry();
            return (e == null) ? null : e.getKey();
        }

    支持clone

        public Object clone() {
            TreeSet<E> clone;
            try {
                clone = (TreeSet<E>) super.clone();
            } catch (CloneNotSupportedException e) {
                throw new InternalError(e);
            }
    
            clone.m = new TreeMap<>(m);
            return clone;
        }

    支持序列化和反序列化

        private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
            throws java.io.IOException {
            // Write out any hidden stuff
            s.defaultWriteObject();
    
            // Write out Comparator
            s.writeObject(m.comparator());
    
            // Write out size
            s.writeInt(m.size());
    
            // Write out all elements in the proper order.
            for (E e : m.keySet())
                s.writeObject(e);
        }
    
        private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
            throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
            // Read in any hidden stuff
            s.defaultReadObject();
    
            // Read in Comparator
            @SuppressWarnings("unchecked")
                Comparator<? super E> c = (Comparator<? super E>) s.readObject();
    
            // Create backing TreeMap
            TreeMap<E,Object> tm = new TreeMap<>(c);
            m = tm;
    
            // Read in size
            int size = s.readInt();
    
            tm.readTreeSet(size, s, PRESENT);
        }
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