【java集合框架源码剖析系列】java源码剖析之TreeSet

本博客将从源码的角度带领大家学习TreeSet相关的知识。

一TreeSet类的定义：

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

可以看到TreeSet是继承自AbstracSet同时实现了NavigableSet，Cloneable，Serializable三个接口，其中Cloneable，Serializable这两个接口基本上是java集合框架中所有的集合类都要实现的接口。

二TreeSet中的重要属性：

private transient NavigableMap<E,Object> m;

private static final Object PRESENT = new Object();

可以看到第一个属性是NavigableMap接口，该接口是TreeMap的父接口，即TreeMap实现了该接口，据此我们可以推测TreeSet的底层是基于TreeMap的，这一点稍后我们将在TreeSet的构造器中更清楚的看到。第二个参数是以Object对象，与HashSet中的这个属性完全相同，即TreeSet虽然底层是基于TreeMap的，但是同样只是用来保存Key而Value值全部为默认值PRESENT。

三TreeSet内部实现原理：我们来看一下TreeSet的构造器:

TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
        this.m = m;
    }

 public TreeSet() {
        this(new TreeMap<E,Object>());
    }

 public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

public TreeSet(SortedSet<E> s) {
        this(s.comparator());
        addAll(s);
    }

可以看到共5个构造器，其中第一个构造器是私有的，即对外不公开的，而在第二个默认的无参数的构造器中调用了第一个构造器，且可以清楚的看到在这个构造器中创建了一个TreeMap对象作为参数传给第一个构造器，这说明我们上面的推测：TreeSet底层是基于TreeMap的是正确的。另外余下的几个构造器中可以看到当用一个集合作为参数去构造一个TreeSet的时候，都是调用addAll这个方法，我们来看一下其源码：

 public  boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        // Use linear-time version if applicable
        if (m.size()==0 && c.size() > 0 &&
            c instanceof SortedSet &&
            m instanceof TreeMap) {
            SortedSet<? extends E> set = (SortedSet<? extends E>) c;
            TreeMap<E,Object> map = (TreeMap<E, Object>) m;
            Comparator<?> cc = set.comparator();
            Comparator<? super E> mc = map.comparator();
            if (cc==mc || (cc != null && cc.equals(mc))) {
                map.addAllForTreeSet(set, PRESENT);
                return true;
            }
        }
        return super.addAll(c);
    }

 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        boolean modified = false;
        for (E e : c)
            if (add(e))
                modified = true;
        return modified;
    }

public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT)==null;
    }

可以看到在addAll方法中首先会判断是否传入的集合参数c是否为SortedSet或其子类且c不为空(c.size()>0)，如果是则会调用addAllForTreeSet方法，否则会直接返回addAll方法的结果，关于addAll方法请参看我的博客【java集合框架源码剖析系列】java源码剖析之HashSet相关内容，因为内容相同，在此不做赘述，重点来看一下addAllForTreeSet方法：

void addAllForTreeSet(SortedSet<? extends K> set, V defaultVal) {
        try {
            buildFromSorted(set.size(), set.iterator(), null, defaultVal);
        } catch (java.io.IOException cannotHappen) {
        } catch (ClassNotFoundException cannotHappen) {
        }
    }

private void buildFromSorted(int size, Iterator<?> it,
                                 java.io.ObjectInputStream str,
                                 V defaultVal)
        throws  java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        this.size = size;
        root = buildFromSorted(0, 0, size-1, computeRedLevel(size),
                               it, str, defaultVal);
    }

可以看到在addAllForTreeSet方法中调用了buildFromSorted(int size, Iterator<?> it, java.io.ObjectInputStream str,V defaultVal)，该方法的作用即是在线性时间内对数据进行排序（Linear time tree building algorithm from sorted data），看到这里我们就明白TreeSet排序的原理了，即当使用一个TreeMap集合作为参数构造一个TreeSet的时候，TreeSet会将Map中的元素先排序，然后将排序后的元素add到TreeSet中。也就是说TreeSet中的元素都是排过序的，另外正因为存在排序过程，所以TreeSet不允许插入null值，因为null值不能排序。

四TreeSet中的重要方法：

<strong> </strong>public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT)==null;
    }

 public boolean remove(Object o) {
        return m.remove(o)==PRESENT;
    }

public void clear() {
        m.clear();
    }

 public boolean contains(Object o) {
        return m.containsKey(o);
    }

 public E first() {
        return m.firstKey();
    }

 public E last() {
        return m.lastKey();
    }

可以看到TreeSet中与TreeMap中同名的方法全部都是调用的TreeMap中的方法来实现的，其中add方法在调用TreeMap的put方法时第二个参数传入的是固定值PRESENT，一个Object类型对象。

五总结：经过前面TreeMap的源码剖析可以看到TreeSet非常简单

1TreeSet底层是基于TreeMap的（而TreeMap是基于红黑树的），但是仅仅用来保存Key，而不保存Value，因为TreeSet的add()方法在调用TreeMap的put方法的时候第二个参数传入的都是PRESENT这个固定的Object对象。
2可以看到TreeSet中的add与remove等方法均无synchronized关键字修饰，即TreeSet不是线程安全的，如果要使用同步的TreeSet需要使用Collections集合类的静态方法，即Set s=Collections.synchronizedSet(new TreeSet());
3TreeSet中的元素是自动排好序的，插入的值不允许为null。

4TreeSet中元素的值必须是唯一的，因为TreeSet底层是基于TreeMap的，而TreeMap不允许元素key重复。