TreeMap源码学习

　　这是看过的第一个jdk源码（从立下目标以来）：TreeMap。说实话断断续续的看了有好几天了，我觉得我犯了一个错误，就像一开始说的那样，我打算完完全全看懂TreeMap关于红黑树的实现方式，后来我想了想，相对于花费这个对我的收益并不是特别大，而且看的过程中也有很多困惑，虽然我知道它每一步在做什么，但是我还不知道为什么要这么做，经过权衡，我决定先暂时放下TreeMap中关于对红黑树具体的实现，暂且记下有这回事。

一、简单理解

　　最近也在看数据结构和算法，对红黑树也有了大致的理解，TreeMap是对红黑树的Java实现完美实现版本。本篇不打算讨论TreeMap是怎么实现红黑树的。

1.1 使用Entry做为基本单元

　　首先在红黑树中既要保存数据，还要保存数据所处的位置，自然而然就想到用一个对象来包装存储的数据，TreeMap中是用一个静态最终类Entry来实现这个功能的，而这个类是实现自Map的Entry接口：

static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    K key;
    V value;
    Entry<K,V> left;
    Entry<K,V> right;
    Entry<K,V> parent;
    boolean color = BLACK;

    Entry(K key, V value, Entry<K,V> parent) {
        this.key = key;
        this.value = value;
        this.parent = parent;
    }
   
    public K getKey() {
        return key;
    }

    public V getValue() {
        return value;
    }
    
    public V setValue(V value) {
        V oldValue = this.value;
        this.value = value;
        return oldValue;
    }

    public boolean equals(Object o) {
        if (!(o instanceof Map.Entry))
            return false;
        Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;

        return valEquals(key,e.getKey()) && valEquals(value,e.getValue());
    }

    public int hashCode() {
        int keyHash = (key==null ? 0 : key.hashCode());
        int valueHash = (value==null ? 0 : value.hashCode());
        return keyHash ^ valueHash;
    }

    public String toString() {
        return key + "=" + value;
    }
}

　　可以看到每一个除了包含自己数据的key和value值，同样有左、右、父节点的变量，并包括一个默认的黑色字段，这样，一个红黑树节点的所有信息就包含进去了，通过不断扩充节点的left、right和parent来描述整个树。

　　另外在equals中为了比较两个值是否相等还新建了一个比较方法：

static final boolean valEquals(Object o1, Object o2) {
    return (o1==null ? o2==null : o1.equals(o2));
}

　　这个比较方法避免了上层对null值的判断，其实在Objects里面已经有了，不过Objects出现的晚，所以说常用的工具方法就应该集中起来，不然每个类都写一遍可不是我心目中的jdk。

1.2 对transient的疑惑

　　我对transient还是有基本的了解的，当序列化对象的时候，被transient标记的字段就不会被序列化，因此我看到如下代码时很惊讶：

private transient Entry<K,V> root;
private transient int size = 0;

　　我认为根节点和容量是两个很重要的属性，序列化时为什么要去除呢，去除后会有错误的，为了验证我的想法我写了个测试代码：

TreeMap<Integer, Integer> map=new TreeMap<>();
map.put(1, 1);
map.put(2, 1);
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("a.txt"));
oos.writeObject(map);
oos.flush();
oos.close();
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("a.txt"));
TreeMap<Integer, Integer> mapClone = (TreeMap<Integer, Integer>) ois.readObject();
ois.close();
mapClone.put(3, 1);
System.out.println(mapClone);

　　并在反序列化对象put新数据的时候，打断点进去看，发现root居然不是null，而size也不是0，也是真实容量2，我晕了，超出了我的理解。经过测试和查找没有解决问题，在这留个坑，希望有人能帮到我。

1.3 对吞异常的反感

　　之前我写过一篇博客，是讲解异常的，可以去看一下：Java异常体系简析。所以我对把异常捕获而不做任何处理非常反感，因此看到以下代码，觉得非常不适：

public TreeMap(SortedMap<K, ? extends V> m) {
    comparator = m.comparator();
    try {
        buildFromSorted(m.size(), m.entrySet().iterator(), null, null);
    } catch (java.io.IOException cannotHappen) {
    } catch (ClassNotFoundException cannotHappen) {
    }
}

　　什么叫做cannotHappen，不可能发生那异常还有必要存在吗，我还是认为应该抛一个虚拟机异常。不理解的可以去看我上面说的那篇博客。

1.4 遍历时防止另外线程的修改

　　TreeMap不是一个线程安全的类，当你在遍历一个TreeMap的时候，如果有另外一个线程修改了TreeMap，会立即抛异常，是通过一个变量来实现的：

private transient int modCount = 0;

　　每次修改都会让这个数加一，然后遍历时每次都会判断这个数是否发生变化：

@Override
public void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {
    Objects.requireNonNull(action);
    int expectedModCount = modCount;
    for (Entry<K, V> e = getFirstEntry(); e != null; e = successor(e)) {
        action.accept(e.key, e.value);

        if (expectedModCount != modCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
}

　　这个可以在一定程度上防止遍历时被修改，只是被动防御，但是真要想达到随意的增删改查还是要使用ConcurrentSkipListMap。

1.5 创建时没有值的做法

　　当我们需要遍历集合的时候，有一种做法是先获取entrySet，然后遍历entrySet的Entry并获取key和value，在看到下面获取entrySet的代码时：

public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
    EntrySet es = entrySet;
    return (es != null) ? es : (entrySet = new EntrySet());
}

　　产生了疑惑，当获取时若为null就去创建一个new EntrySet()，而它的构造方法就是一个空的？？？，也就是说返回的确实是空的一个EntrySet，但是使用它的时候确实也有值：

TreeMap<Integer,Integer> map=new TreeMap<>();
map.put(1, 1);
Set<Entry<Integer, Integer>> set = map.entrySet();
System.out.println(set);

　　我在map.entrySet()这一行，debug进去一步一步看，确实是没有值，找了好一阵子，后来在debug这System.out.println(set)的时候才发现玄机。

　　简单来说，当你获得entrySet的时候确实是没有值的，但是它内部持有一个TreeMap的一个遍历器，而在真正使用的时候才去遍历关联的TreeMap，感觉和jdk1.5的Stream一样，因此方法的注释也都说明是一个view。而TreeMap中大量应用了这种方式，我觉得其他集合应该也是这么实现的。

　　这就给我们一种编程思路，不是说所有数据在获取的时候都需要给它准备好，等他真正使用的时候再给也不晚。

1.6 对常用方法的封装

　　TreeMap值有一些这样的方法：

private static <K,V> boolean colorOf(Entry<K,V> p) {
    return (p == null ? BLACK : p.color);
}
private static <K,V> Entry<K,V> parentOf(Entry<K,V> p) {
    return (p == null ? null: p.parent);
}
private static <K,V> void setColor(Entry<K,V> p, boolean c) {
    if (p != null)
        p.color = c;
}
private static <K,V> Entry<K,V> leftOf(Entry<K,V> p) {
    return (p == null) ? null: p.left;
}
private static <K,V> Entry<K,V> rightOf(Entry<K,V> p) {
    return (p == null) ? null: p.right;
}

　　TreeMap中最常用的，判断和获取颜色，获取左右节点等，虽然可以通过【.】直接来获得属性，但是有时候还必须要判断是否是null值，所以当大量需要此处判断的时候，封装方法或许是我们最好的选择。

二、问题及总结

　　这个TreeMap代码有3000多行，虽然也有很多注释，代码量依然很大，不过细看起来，只针对红黑树实现的增删改查并没有那么多的代码量，而多出来的实现，只是为了方便使用者提供了各种各样的方法，并因此而新建了很多内部类，而对于用户来说只是感觉到了方便。方法特别多，建议看Java API。稍微总结一点：

• TreeMap是有序Map，按照指定比较器或者key的比较性
• TreeMap不是线程安全的

2.1 遗留问题

　　看到现在还遗留两个问题：

2.1.1 transient没有生效

　　这个我随后会深入测试研究。

2.1.2 红黑树的具体实现方式

　　这个我暂时不去研究，等以后需要自己实现的时候，再来找它。