1.定义
TreeMap是基于红黑树的实现，也是记录了key-value的映射关系，该映射根据key的自然排序进行排序或者根据构造方法中传入的比较器进行排序，也就是说TreeMap是有序的key-value集合。
通过TreeMap的定义可以看出以下几点：
1.TreeMap的内部实现是红黑树实现的，关于红黑树的内容可以参考JAVA学习-红黑树详解
2.TreeMap是有序的key-value集合。
下面就通过源码去了解下TreeMap的内部实现，本文源码来自与JDK_1.8.0_131
2.结构
2.1 类图结构
TreeMap
如上图所示是TreeMap的类图结构，其继承、实现的接口如下所示：
- 1.Map 接口： 定义将键值映射到值的对象，Map规定不能包含重复的键值，每个键最多可以映射一个值,这个接口是用来替换Dictionary类。
- 2.AbstractMap 类： 提供了一个Map骨架的实现,尽量减少了实现Map接口所需要的工作量
- 3.SortedMap 接口： 定义按照key排序的Map结构，规定key-value是根据键key值的自然排序进行排序的，或者根据构造key-value时设定的构造器进行排序。
- 4.NavigableMap 接口： 是SortedMap接口的子接口，在其基础上扩展了针对搜索目标返回最近匹配项的导航方法，例如方法lowEntry、floorEntry、ceilingEntry等，如果不存在这样的键，则返回null
- 5.Cloneable 接口： 实现了该接口的类可以显示的调用Object.clone()方法，合法的对该类实例进行字段复制，如果没有实现Cloneable接口的实例上调用Obejct.clone()方法，会抛出CloneNotSupportException异常。正常情况下，实现了Cloneable接口的类会以公共方法重写Object.clone()
- 6.Serializable 接口： 实现了该接口标示了类可以被序列化和反序列化，具体的 查询序列化详解
2.2 构造方法及基本属性
2.2.1 构造方法
如下TreeMap提供了如下的构造方法：
- public TreeMap() :空的构造方法，默认容量为0
- public TreeMap(Comparator<? super K> comparator)：需要一个Comparator比较器作为参数，其实这一点很好理解因为TreeMap是一个有序的key-value集合，所以可以自定义比较器进行设定元素的排序规则
- public TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> m)：将一个Map构建成一个TreeMap
- public TreeMap(SortedMap<K, ? extends V> m)：将一个SortedMap构建成一个TreeMap
2.2.2 基本属性
如下代码所示，是TreeMap的基本属性,其实TreeMap的属性相对来说比较简单如下所示，如下也有Entry节点的源码。
//比较器
private final Comparator<? super K> comparator;
// Entry节点，这个表示红黑树的根节点
private transient Entry<K,V> root;
// TreeMap中元素的个数
private transient int size = 0;
// TreeMap修改次数
private transient int modCount = 0;
static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
K key;//对于key值
V value;//对于value值
Entry<K,V> left;//指向左子树的引用
Entry<K,V> right;//指向右子树的引用
Entry<K,V> parent;//指向父节点的引用
boolean color = BLACK;//节点的颜色默认是黑色
// 省略部分代码
}
如下图所示，是TreeMap(key:为[4,2,5,6,8,7,9])的一个内部结构示意图,其中每个节点都是Entry类型的
TreeMap
3.实现
下面会详细介绍TreeMap中的put(K key,V value)方法及get(Object key)方法
3.1 put方法
public V put(K key, V value) {
Entry<K,V> t = root;
//根节点为空直接新增节点，否则继续下面的流程
if (t == null) {
compare(key, key); // type (and possibly null) check
root = new Entry<>(key, value, null);
size = 1;
modCount++;
return null;
}
int cmp;
Entry<K,V> parent;
// split comparator and comparable paths
Comparator<? super K> cpr = comparator;
//有特殊指定的比较器则使用比较器进行比较，否则使用key的比较器进行比较
if (cpr != null) {
do {
parent = t;
cmp = cpr.compare(key, t.key);
if (cmp < 0)
t = t.left;
else if (cmp > 0)
t = t.right;
else
return t.setValue(value);
} while (t != null);
}
else {
if (key == null)
throw new NullPointerException();
@SuppressWarnings("unchecked")
Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
do {
parent = t;
cmp = k.compareTo(t.key);
if (cmp < 0)
t = t.left;
else if (cmp > 0)
t = t.right;
else
return t.setValue(value);
} while (t != null);
}
Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
if (cmp < 0)
parent.left = e;
else
parent.right = e;
//修复红黑树的平衡
fixAfterInsertion(e);
size++;
modCount++;
return null;
}
如上所示为put方法的源码，可能看起来相对来说比较长，但是我们来详细分析下如以下步骤
- 1.校验根节点：校验根节点是否为空，若为空则根据传入的key-value的值创建一个新的节点，若根节点不为空则继续第二步
- 2.寻找插入位置：其实这点很好理解，由于TreeMap内部是红黑树实现的则插入元素时，实际上是会去遍历左子树，或者右子树(具体遍历哪颗子树是根据当前插入key-value与根节点的比较判定的，这部在代码里面其实分为两步来体现是否指定比较器，若指定了则使用指定的比较器比较，否则使用默认key的比较器进行比较（这里有一点需要注意是TreeMap是不允许key-value为NULL）
- 3.新建并恢复：在第二步中实际上是需要确定当前插入节点的位置，而这一步是实际的插入操作，而插入之后为啥还需要调用fixAfterInsertion方法，这里是因为红黑树插入一个节点后可能会破坏红黑树的性质，则通过修改的代码使得红黑树从新达到平衡，具体可以参考JAVA学习-红黑树详解
其实从上面的分析来讲TreeMap插入一个节点的流程不是太复杂，只要深刻的理解红黑树的原理，这个流程就相对简单很多，其实这里本人存在一点疑问(为什么要引入红黑树来做TreeMap的结构，需要看到本文的大神指导指导)，
3.2 get方法
如下所示是get方法的源码,其实际是调用了getEntry方法
public V get(Object key) {
//获取元素，若为空则返回null否则返回其值
Entry<K,V> p = getEntry(key);
return (p==null ? null : p.value);
}
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
// Offload comparator-based version for sake of performance
if (comparator != null)
//构造器不为空则调用以下方法
return getEntryUsingComparator(key);
if (key == null)
throw new NullPointerException();
@SuppressWarnings("unchecked")
Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
Entry<K,V> p = root;
while (p != null) {
int cmp = k.compareTo(p.key);
if (cmp < 0)
p = p.left;
else if (cmp > 0)
p = p.right;
else
return p;
}
return null;
}
getEntry方法主要流程如下：
- 1.构造器校验：判断是否指定构造器，若指定则调用getEntryUsingComparator，若没有则进行第二步
- 2.空值校验：key若为空直接抛出NullPointerException，从这点可以看出TreeMap是不允许Key-value为空的
- 3.遍历返回：遍历整个红黑树若找到对应的值则返回，否则返回null值
以上就是getEntry方法的主要流程，在步骤一中提到了getEntryUsingComparator方法，其实该方法与步骤三中的操作并无太大差异，存在的区别就是使用了构造器进行比较。
3.总结
本文主要介绍了TreeMap的实现及其特点，还有一些方法及代码没有详解介绍，若想深入了解可以查看源码做更深入的探究。若有问题,请指正。
- 1.TreeMap的内部实现是红黑树，关于红黑树的详解请查看JAVA学习-红黑树详解
- 2.TreeMap特点有些是源于红黑树的一些特点，比如TreeMap是有序的,TreeMap不允许key-value为空等
