容器源码分析之TreeMap(十)
生活随笔
收集整理的這篇文章主要介紹了
容器源码分析之TreeMap(十)
小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.
1.TreeMap的結構
我們知道，TreeMap的內部實現就是一個紅黑樹。
關于紅黑樹的介紹，建議大家先看看這里
紅黑樹的原理和算法詳細介紹
2.TreeMap的繼承關系
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3.TreeMap的成員變量
public class TreeMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {// Key的比較器，用作排序 private final Comparator<? super K> comparator; //樹的根節點 private transient Entry<K,V> root; //樹的大小 private transient int size = 0; //修改計數器 private transient int modCount = 0; //返回map的Entry視圖 private transient EntrySet entrySet; private transient KeySet<K> navigableKeySet; private transient NavigableMap<K,V> descendingMap; //定義紅黑樹的顏色 private static final boolean RED = false; private static final boolean BLACK = true; }-
4.TreeMap構造方法
允許用戶自定義比較器
public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) {this.comparator = comparator; }允許用已有的map構造一個TreeMap
public TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { comparator = null; putAll(m); } public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> map) {int mapSize = map.size(); //判斷map是否SortedMap，不是則采用AbstractMap的putAll if (size==0 && mapSize!=0 && map instanceof SortedMap){ Comparator<?> c = ((SortedMap<?,?>)map).comparator(); //同為null或者不為null，類型相同，則進入有序map的構造 if (c == comparator || (c != null && c.equals(comparator))) { ++modCount; try { buildFromSorted(mapSize, map.entrySet().iterator(), null, null); } catch (java.io.IOException cannotHappen) {} catch (ClassNotFoundException cannotHappen) {} return; } } super.putAll(map); }讓我們來看一下buildFrmoSorted函數
/** * size: map里鍵值對的數量 * it: 傳入的map的entries迭代器 * str: 如果不為空，則從流里讀取key-value * defaultVal：見名知意，不為空，則value都用這個值 */ 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); }computeRedLevel(size)
private static int computeRedLevel(int sz) {int level = 0; for (int m = sz - 1; m >= 0; m = m / 2 - 1) level++; return level; }這個函數是干什么的呢？
它的作用是用來計算完全二叉樹的層數。什么意思呢，先來看一下下面的圖：
把根結點索引看為0，那么高度為2的樹的最后一個節點的索引為2，類推高度為3的最后一個節點為6，滿足m = (m + 1) * 2。那么計算這個高度有什么好處呢，如上圖，如果一個樹有9個節點，那么我們構造紅黑樹的時候，只要把前面3層的結點都設置為黑色，第四層的節點設置為紅色，則構造完的樹，就是紅黑樹，滿足前面提到的紅黑樹的5個條件。而實現的關鍵就是找到要構造樹的完全二叉樹的層數。值得注意的是完全二叉樹的層是從0開始計算的。
現在看這個函數應該很容易懂
/** level是當前樹的層數，從0開始* lo是子樹第一個元素的索引* hi是子樹的最后一個元素的索引* redLevel是上述紅節點所在的層數，從零開始的* it: 傳入的map的entries迭代器 * str: 如果不為空，則從流里讀取key-value * defaultVal：見名知意，不為空，則value都用這個值 */private final Entry<K,V> buildFromSorted(int level, int lo, int hi,int redLevel,Iterator<?> it,java.io.ObjectInputStream str,V defaultVal)throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {//第一個索引大于最后的索引，說明構造完成if (hi < lo) return null;//中間位置int mid = (lo + hi) >>> 1;Entry<K,V> left = null;if (lo < mid)//遞歸構造左邊的節點left = buildFromSorted(level+1, lo, mid - 1, redLevel,it, str, defaultVal);// 構造key，valueK key;V value;if (it != null) {if (defaultVal==null) {Map.Entry<?,?> entry = (Map.Entry<?,?>)it.next();key = (K)entry.getKey();value = (V)entry.getValue();} else {key = (K)it.next();value = defaultVal;}} else { // use streamkey = (K) str.readObject();value = (defaultVal != null ? defaultVal : (V) str.readObject());}Entry<K,V> middle = new Entry<>(key, value, null);//設置紅節點if (level == redLevel)middle.color = RED;//如果存在左節點，那么讓左節點和該節點產生關系，只要不是葉子結點，都存在左節點if (left != null) {middle.left = left;left.parent = middle;}//遞歸地構造右結點if (mid < hi) {Entry<K,V> right = buildFromSorted(level+1, mid+1, hi, redLevel,it, str, defaultVal);middle.right = right;right.parent = middle;}return middle;}5.TreeMap的重要方法
get方法
public V get(Object key) {Entry<K,V> p = getEntry(key);return (p==null ? null : p.value);} final Entry<K,V> getEntry(Object key) {// 如果有比較器，那么通過調用比較器來比較key的方法if (comparator != null)return getEntryUsingComparator(key);if (key == null)throw new NullPointerException();@SuppressWarnings("unchecked")Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;//二叉樹的查找方法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;elsereturn p;}return null;}getEntryUsingComparator方法用的是構造器的方法，換湯不換藥，就不介紹了。
put方法
//put方法實現了如果存在key，放回舊值，如果找不到就放進去，返回nullpublic V put(K key, V value) {Entry<K,V> t = root;if (t == null) {//類型檢查compare(key, key); root = new Entry<>(key, value, null);size = 1;modCount++;return null;}int cmp;Entry<K,V> parent;// split comparator and comparable pathsComparator<? super K> cpr = comparator;//存在比較器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;elsereturn t.setValue(value);} while (t != null);}//不存在比較器else {//這里也可以看到TreeMap的key在沒有構造器的情況下不能為nullif (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;elsereturn t.setValue(value);} while (t != null);}Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);if (cmp < 0)parent.left = e;elseparent.right = e;//對紅黑樹進行修復fixAfterInsertion(e);size++;modCount++;return null;}put的邏輯非常清晰，我們知道每次修改樹的結構都會破壞紅黑樹的性質。
fixAfterInsertion對插入結點后的紅黑樹進行修復，維護其平衡，我們接著來看看它是如何實現的（在繼續看之前，建議大家了解一下左旋轉和右旋轉的操作）。
這里就稍微解釋一下：
第一步：找到插入的位置。
第二步：將插入的節點著色為”紅色”。
為什么著色成紅色，而不是黑色呢？為什么呢？在回答之前，我們需要重新溫習一下紅黑樹的特性：
- (1) 每個節點或者是黑色，或者是紅色。
- (2) 根節點是黑色。
- (3) 每個葉子節點是黑色。 [注意：這里葉子節點，是指為空的葉子節點！]
- (4) 如果一個節點是紅色的，則它的子節點必須是黑色的。
(5) 從一個節點到該節點的子孫節點的所有路徑上包含相同數目的黑節點。
將插入的節點著色為紅色，不會違背”特性(5)”！少違背一條特性，就意味著我們需要處理的情況越少。接下來，就要努力的讓這棵樹滿足其它性質即可；滿足了的話，它就又是一顆紅黑樹了。
第三步: 通過一系列的旋轉或著色等操作，使之重新成為一顆紅黑樹。
只有對于”特性(4)”，是有可能違背的！
那接下來，想辦法使之”滿足特性(4)”，就可以將樹重新構造成紅黑樹了。
看代碼的時候，建議一邊對著這個博客去看：
紅黑樹的添加
至于左旋轉和右旋轉就不拿出來分析了。有點抽象，不好說。
remove方法
public V remove(Object key) { //獲取Entry Entry<K,V> p = getEntry(key); if (p == null) return null; V oldValue = p.value; //刪除的關鍵方法 deleteEntry(p); return oldValue; }在看deleteEntry之前，我們先來看一下successor方法，為其做準備，
這個方法的作用是根據key找到比一個最小的比t(參數)的key大的Entry。
刪除的思路是兩步，刪了然后再修復
private void deleteEntry(Entry<K,V> p) {modCount++;size--;//p的左右子樹都不為空，找到右子樹中最小的結點，將key、value賦給p，然后p指向后繼結點//轉化成了下面的情況if (p.left != null && p.right != null) {Entry<K,V> s = successor(p);p.key = s.key;p.value = s.value;p = s;} // 存在一個孩子或者沒有孩子的情況//直接刪除就好了Entry<K,V> replacement = (p.left != null ? p.left : p.right);if (replacement != null) {// Link replacement to parentreplacement.parent = p.parent;if (p.parent == null)root = replacement;else if (p == p.parent.left)p.parent.left = replacement;elsep.parent.right = replacement;// Null out links so they are OK to use by fixAfterDeletion.p.left = p.right = p.parent = null;// Fix replacementif (p.color == BLACK)fixAfterDeletion(replacement);} else if (p.parent == null) { // return if we are the only node.root = null;} else { // No children. Use self as phantom replacement and unlink.if (p.color == BLACK)fixAfterDeletion(p);if (p.parent != null) {if (p == p.parent.left)p.parent.left = null;else if (p == p.parent.right)p.parent.right = null;p.parent = null;}}}fixAfterDeletion的源碼，還是和上面添加操作一樣，對著紅黑樹的原理看會比較簡單：
下面就不做解釋了
總結： TreeMap這一章對于數據結構的要求比較高，因為用了紅黑樹，比HashMap的實現多了排序的功能，所以他的操作都是十分復雜的，希望大家能夠靜下心來，多去了解一下為什么要這么做。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的容器源码分析之TreeMap(十)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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