Java 集合系列17之 TreeSet详细介绍(源码解析)和使用示例

 

概要

这一章，我们对TreeSet进行学习。
我们先对TreeSet有个整体认识，然后再学习它的源码，最后再通过实例来学会使用TreeSet。内容包括：
第1部分 TreeSet介绍
第2部分 TreeSet数据结构
第3部分 TreeSet源码解析(基于JDK1.6.0_45)
第4部分 TreeSet遍历方式
第5部分 TreeSet示例

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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collectionTreeSet(Collection<? extends E> collection)// 指定TreeSet的比较器TreeSet(Comparator<? super E> comparator)// 创建的TreeSet包含setTreeSet(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。

 

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：

 

运行结果：

 ---- Ascend Iterator ----asc : aaaasc : bbbasc : cccasc : dddasc : eee ---- Descend Iterator ----desc : eeedesc : ddddesc : cccdesc : bbbdesc : aaa ---- For-each ----for each : aaafor each : bbbfor each : cccfor each : dddfor each : eee

 

第5部分 TreeSet示例

下面通过实例学习如何使用TreeSet

 

运行结果： 

TreeSet:[aaa, bbb, ccc, ddd, eee]size : 5floor bbb: bbblower bbb: aaaceiling bbb: bbbceiling eee: eeehigher bbb: cccsubSet(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 : aaafor each : bbbfor each : dddfor each : eeeTreeSet:[aaa, bbb, ddd, eee]iter : aaaiter : bbbiter : ddditer : eeepollFirst=aaa, set=[bbb, ddd, eee]pollLast=eee, set=[bbb, ddd]set is empty