TreeSet详解和使用示例_动力节点Java学院整理

第1部分 TreeSet介绍

TreeSet简介

TreeSet 是一个有序的集合，它的作用是提供有序的Set集合。它继承于AbstractSet抽象类，实现了NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable接口。
TreeSet 继承于AbstractSet，所以它是一个Set集合，具有Set的属性和方法。
TreeSet 实现了NavigableSet接口，意味着它支持一系列的导航方法。比如查找与指定目标最匹配项。
TreeSet 实现了Cloneable接口，意味着它能被克隆。
TreeSet 实现了java.io.Serializable接口，意味着它支持序列化。
TreeSet是基于TreeMap实现的。TreeSet中的元素支持2种排序方式：自然排序 或者 根据创建TreeSet 时提供的 Comparator 进行排序。这取决于使用的构造方法。
TreeSet为基本操作（add、remove 和 contains）提供受保证的 log(n) 时间开销。
另外，TreeSet是非同步的。 它的iterator 方法返回的迭代器是fail-fast的。

TreeSet的构造函数

 // 默认构造函数。使用该构造函数，TreeSet中的元素按照自然排序进行排列。 TreeSet() // 创建的TreeSet包含collection TreeSet(Collection<? extends E> collection) // 指定TreeSet的比较器 TreeSet(Comparator<? super E> comparator) // 创建的TreeSet包含set TreeSet(SortedSet<E> set) 

TreeSet的API

 boolean add(E object) boolean addAll(Collection<? extends E> collection) void clear() Object clone() boolean contains(Object object) E first() boolean isEmpty() E last() E pollFirst() E pollLast() E lower(E e) E floor(E e) E ceiling(E e) E higher(E e) boolean remove(Object object) int size() Comparator<? super E> comparator() Iterator<E> iterator() Iterator<E> descendingIterator() SortedSet<E> headSet(E end) NavigableSet<E> descendingSet() NavigableSet<E> headSet(E end, boolean endInclusive) SortedSet<E> subSet(E start, E end) NavigableSet<E> subSet(E start, boolean startInclusive, E end, boolean endInclusive) NavigableSet<E> tailSet(E start, boolean startInclusive) SortedSet<E> tailSet(E start) 

说明：

(01) TreeSet是有序的Set集合，因此支持add、remove、get等方法。
(02) 和NavigableSet一样，TreeSet的导航方法大致可以区分为两类，一类时提供元素项的导航方法，返回某个元素；另一类时提供集合的导航方法，返回某个集合。
lower、floor、ceiling 和 higher 分别返回小于、小于等于、大于等于、大于给定元素的元素，如果不存在这样的元素，则返回 null。

第2部分 TreeSet数据结构

TreeSet的继承关系

 java.lang.Object ↳ java.util.AbstractCollection<E> ↳ java.util.AbstractSet<E> ↳ java.util.TreeSet<E> public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E> implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable{} 

TreeSet与Collection关系如下图：

从图中可以看出：
(01) TreeSet继承于AbstractSet，并且实现了NavigableSet接口。
(02) TreeSet的本质是一个"有序的，并且没有重复元素"的集合，它是通过TreeMap实现的。TreeSet中含有一个"NavigableMap类型的成员变量"m，而m实际上是"TreeMap的实例"。

第3部分 TreeSet源码解析(基于JDK1.6.0_45)

为了更了解TreeSet的原理，下面对TreeSet源码代码作出分析。

 package java.util; public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E> implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable { // NavigableMap对象 private transient NavigableMap<E,Object> m; // TreeSet是通过TreeMap实现的， // PRESENT是键-值对中的值。 private static final Object PRESENT = new Object(); // 不带参数的构造函数。创建一个空的TreeMap public TreeSet() { this(new TreeMap<E,Object>()); } // 将TreeMap赋值给 "NavigableMap对象m" TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) { this.m = m; } // 带比较器的构造函数。 public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) { this(new TreeMap<E,Object>(comparator)); } // 创建TreeSet，并将集合c中的全部元素都添加到TreeSet中 public TreeSet(Collection<? extends E> c) { this(); // 将集合c中的元素全部添加到TreeSet中 addAll(c); } // 创建TreeSet，并将s中的全部元素都添加到TreeSet中 public TreeSet(SortedSet<E> s) { this(s.comparator()); addAll(s); } // 返回TreeSet的顺序排列的迭代器。 // 因为TreeSet时TreeMap实现的，所以这里实际上时返回TreeMap的“键集”对应的迭代器 public Iterator<E> iterator() { return m.navigableKeySet().iterator(); } // 返回TreeSet的逆序排列的迭代器。 // 因为TreeSet时TreeMap实现的，所以这里实际上时返回TreeMap的“键集”对应的迭代器 public Iterator<E> descendingIterator() { return m.descendingKeySet().iterator(); } // 返回TreeSet的大小 public int size() { return m.size(); } // 返回TreeSet是否为空 public boolean isEmpty() { return m.isEmpty(); } // 返回TreeSet是否包含对象(o) public boolean contains(Object o) { return m.containsKey(o); } // 添加e到TreeSet中 public boolean add(E e) { return m.put(e, PRESENT)==null; } // 删除TreeSet中的对象o public boolean remove(Object o) { return m.remove(o)==PRESENT; } // 清空TreeSet public void clear() { m.clear(); } // 将集合c中的全部元素添加到TreeSet中 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<? super E> cc = (Comparator<? super E>) 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); } // 返回子Set，实际上是通过TreeMap的subMap()实现的。 public NavigableSet<E> subSet(E fromElement, boolean fromInclusive, E toElement, boolean toInclusive) { return new TreeSet<E>(m.subMap(fromElement, fromInclusive, toElement, toInclusive)); } // 返回Set的头部，范围是：从头部到toElement。 // inclusive是是否包含toElement的标志 public NavigableSet<E> headSet(E toElement, boolean inclusive) { return new TreeSet<E>(m.headMap(toElement, inclusive)); } // 返回Set的尾部，范围是：从fromElement到结尾。 // inclusive是是否包含fromElement的标志 public NavigableSet<E> tailSet(E fromElement, boolean inclusive) { return new TreeSet<E>(m.tailMap(fromElement, inclusive)); } // 返回子Set。范围是：从fromElement(包括)到toElement(不包括)。 public SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement) { return subSet(fromElement, true, toElement, false); } // 返回Set的头部，范围是：从头部到toElement(不包括)。 public SortedSet<E> headSet(E toElement) { return headSet(toElement, false); } // 返回Set的尾部，范围是：从fromElement到结尾(不包括)。 public SortedSet<E> tailSet(E fromElement) { return tailSet(fromElement, true); } // 返回Set的比较器 public Comparator<? super E> comparator() { return m.comparator(); } // 返回Set的第一个元素 public E first() { return m.firstKey(); } // 返回Set的最后一个元素 public E first() { public E last() { return m.lastKey(); } // 返回Set中小于e的最大元素 public E lower(E e) { return m.lowerKey(e); } // 返回Set中小于/等于e的最大元素 public E floor(E e) { return m.floorKey(e); } // 返回Set中大于/等于e的最小元素 public E ceiling(E e) { return m.ceilingKey(e); } // 返回Set中大于e的最小元素 public E higher(E e) { return m.higherKey(e); } // 获取第一个元素，并将该元素从TreeMap中删除。 public E pollFirst() { Map.Entry<E,?> e = m.pollFirstEntry(); return (e == null)? null : e.getKey(); } // 获取最后一个元素，并将该元素从TreeMap中删除。 public E pollLast() { Map.Entry<E,?> e = m.pollLastEntry(); return (e == null)? null : e.getKey(); } // 克隆一个TreeSet，并返回Object对象 public Object clone() { TreeSet<E> clone = null; try { clone = (TreeSet<E>) super.clone(); } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new InternalError(); } clone.m = new TreeMap<E,Object>(m); return clone; } // java.io.Serializable的写入函数 // 将TreeSet的“比较器、容量，所有的元素值”都写入到输出流中 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException { s.defaultWriteObject(); // 写入比较器 s.writeObject(m.comparator()); // 写入容量 s.writeInt(m.size()); // 写入“TreeSet中的每一个元素” for (Iterator i=m.keySet().iterator(); i.hasNext(); ) s.writeObject(i.next()); } // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出 // 先将TreeSet的“比较器、容量、所有的元素值”依次读出 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { // Read in any hidden stuff s.defaultReadObject(); // 从输入流中读取TreeSet的“比较器” Comparator<? super E> c = (Comparator<? super E>) s.readObject(); TreeMap<E,Object> tm; if (c==null) tm = new TreeMap<E,Object>(); else tm = new TreeMap<E,Object>(c); m = tm; // 从输入流中读取TreeSet的“容量” int size = s.readInt(); // 从输入流中读取TreeSet的“全部元素” tm.readTreeSet(size, s, PRESENT); } // TreeSet的序列版本号 private static final long serialVersionUID = -L; } 

总结：

(01) TreeSet实际上是TreeMap实现的。当我们构造TreeSet时；若使用不带参数的构造函数，则TreeSet的使用自然比较器；若用户需要使用自定义的比较器，则需要使用带比较器的参数。
(02) TreeSet是非线程安全的。
(03) TreeSet实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时，依次写入“比较器、容量、全部元素”；当读出输入流时，再依次读取。

第4部分 TreeSet遍历方式

4.1 Iterator顺序遍历

 for(Iterator iter = set.iterator(); iter.hasNext(); ) { iter.next(); } 

4.2 Iterator顺序遍历

 // 假设set是TreeSet对象 for(Iterator iter = set.descendingIterator(); iter.hasNext(); ) { iter.next(); } 

4.3 for-each遍历HashSet

 // 假设set是TreeSet对象，并且set中元素是String类型 String[] arr = (String[])set.toArray(new String[0]); for (String str:arr) System.out.printf("for each : %s\n", str); 

TreeSet不支持快速随机遍历，只能通过迭代器进行遍历！

TreeSet遍历测试程序如下：

 import java.util.*; / * @desc TreeSet的遍历程序 * * @author skywang * @email kuiwu-wang@163.com */ public class TreeSetIteratorTest { public static void main(String[] args) { TreeSet set = new TreeSet(); set.add("aaa"); set.add("aaa"); set.add("bbb"); set.add("eee"); set.add("ddd"); set.add("ccc"); // 顺序遍历TreeSet ascIteratorThroughIterator(set) ; // 逆序遍历TreeSet descIteratorThroughIterator(set); // 通过for-each遍历TreeSet。不推荐！此方法需要先将Set转换为数组 foreachTreeSet(set); } // 顺序遍历TreeSet public static void ascIteratorThroughIterator(TreeSet set) { System.out.print("\n ---- Ascend Iterator ----\n"); for(Iterator iter = set.iterator(); iter.hasNext(); ) { System.out.printf("asc : %s\n", iter.next()); } } // 逆序遍历TreeSet public static void descIteratorThroughIterator(TreeSet set) { System.out.printf("\n ---- Descend Iterator ----\n"); for(Iterator iter = set.descendingIterator(); iter.hasNext(); ) System.out.printf("desc : %s\n", (String)iter.next()); } // 通过for-each遍历TreeSet。不推荐！此方法需要先将Set转换为数组 private static void foreachTreeSet(TreeSet set) { System.out.printf("\n ---- For-each ----\n"); String[] arr = (String[])set.toArray(new String[0]); for (String str:arr) System.out.printf("for each : %s\n", str); } } 

运行结果：

 ---- Ascend Iterator ---- asc : aaa asc : bbb asc : ccc asc : ddd asc : eee ---- Descend Iterator ---- desc : eee desc : ddd desc : ccc desc : bbb desc : aaa ---- For-each ---- for each : aaa for each : bbb for each : ccc for each : ddd for each : eee 

第5部分 TreeSet示例

下面通过实例学习如何使用TreeSet

 import java.util.*; / * @desc TreeSet的API测试 * * @author skywang * @email kuiwu-wang@163.com */ public class TreeSetTest { public static void main(String[] args) { testTreeSetAPIs(); } // 测试TreeSet的api public static void testTreeSetAPIs() { String val; // 新建TreeSet TreeSet tSet = new TreeSet(); // 将元素添加到TreeSet中 tSet.add("aaa"); // Set中不允许重复元素，所以只会保存一个“aaa” tSet.add("aaa"); tSet.add("bbb"); tSet.add("eee"); tSet.add("ddd"); tSet.add("ccc"); System.out.println("TreeSet:"+tSet); // 打印TreeSet的实际大小 System.out.printf("size : %d\n", tSet.size()); // 导航方法 // floor(小于、等于) System.out.printf("floor bbb: %s\n", tSet.floor("bbb")); // lower(小于) System.out.printf("lower bbb: %s\n", tSet.lower("bbb")); // ceiling(大于、等于) System.out.printf("ceiling bbb: %s\n", tSet.ceiling("bbb")); System.out.printf("ceiling eee: %s\n", tSet.ceiling("eee")); // ceiling(大于) System.out.printf("higher bbb: %s\n", tSet.higher("bbb")); // subSet() System.out.printf("subSet(aaa, true, ccc, true): %s\n", tSet.subSet("aaa", true, "ccc", true)); System.out.printf("subSet(aaa, true, ccc, false): %s\n", tSet.subSet("aaa", true, "ccc", false)); System.out.printf("subSet(aaa, false, ccc, true): %s\n", tSet.subSet("aaa", false, "ccc", true)); System.out.printf("subSet(aaa, false, ccc, false): %s\n", tSet.subSet("aaa", false, "ccc", false)); // headSet() System.out.printf("headSet(ccc, true): %s\n", tSet.headSet("ccc", true)); System.out.printf("headSet(ccc, false): %s\n", tSet.headSet("ccc", false)); // tailSet() System.out.printf("tailSet(ccc, true): %s\n", tSet.tailSet("ccc", true)); System.out.printf("tailSet(ccc, false): %s\n", tSet.tailSet("ccc", false)); // 删除“ccc” tSet.remove("ccc"); // 将Set转换为数组 String[] arr = (String[])tSet.toArray(new String[0]); for (String str:arr) System.out.printf("for each : %s\n", str); // 打印TreeSet System.out.printf("TreeSet:%s\n", tSet); // 遍历TreeSet for(Iterator iter = tSet.iterator(); iter.hasNext(); ) { System.out.printf("iter : %s\n", iter.next()); } // 删除并返回第一个元素 val = (String)tSet.pollFirst(); System.out.printf("pollFirst=%s, set=%s\n", val, tSet); // 删除并返回最后一个元素 val = (String)tSet.pollLast(); System.out.printf("pollLast=%s, set=%s\n", val, tSet); // 清空HashSet tSet.clear(); // 输出HashSet是否为空 System.out.printf("%s\n", tSet.isEmpty()?"set is empty":"set is not empty"); } } 

运行结果：

 TreeSet:[aaa, bbb, ccc, ddd, eee] size : 5 floor bbb: bbb lower bbb: aaa ceiling bbb: bbb ceiling eee: eee higher bbb: ccc subSet(aaa, true, ccc, true): [aaa, bbb, ccc] subSet(aaa, true, ccc, false): [aaa, bbb] subSet(aaa, false, ccc, true): [bbb, ccc] subSet(aaa, false, ccc, false): [bbb] headSet(ccc, true): [aaa, bbb, ccc] headSet(ccc, false): [aaa, bbb] tailSet(ccc, true): [ccc, ddd, eee] tailSet(ccc, false): [ddd, eee] for each : aaa for each : bbb for each : ddd for each : eee TreeSet:[aaa, bbb, ddd, eee] iter : aaa iter : bbb iter : ddd iter : eee pollFirst=aaa, set=[bbb, ddd, eee] pollLast=eee, set=[bbb, ddd] set is empty 

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持本网站。

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