Java之 TreeSet的詳細使用說明

第1部分 TreeSet介紹TreeSet簡介

TreeSet 是一個有序的集合，它的作用是提供有序的Set集合。它繼承于AbstractSet抽象類，實現了NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable接口。

TreeSet 繼承于AbstractSet，所以它是一個Set集合，具有Set的屬性和方法。

TreeSet 實現了NavigableSet接口，意味著它支持一系列的導航方法。比如查找與指定目標最匹配項。

TreeSet 實現了Cloneable接口，意味著它能被克隆。

TreeSet 實現了java.io.Serializable接口，意味著它支持序列化。

TreeSet是基于TreeMap實現的。TreeSet中的元素支持2種排序方式：自然排序 或者 根據創建TreeSet 時提供的 Comparator 進行排序。這取決于使用的構造方法。

TreeSet為基本操作（add、remove 和 contains）提供受保證的 log(n) 時間開銷。

另外，TreeSet是非同步的。 它的iterator 方法返回的迭代器是fail-fast的。

TreeSet的構造函數

// 默認構造函數。使用該構造函數，TreeSet中的元素按照自然排序進行排列。TreeSet()// 創建的TreeSet包含collectionTreeSet(Collection<? extends E> collection)// 指定TreeSet的比較器TreeSet(Comparator<? super E> comparator)// 創建的TreeSet包含setTreeSet(SortedSet<E> set)TreeSet的APIboolean 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)

說明：

(01) TreeSet是有序的Set集合，因此支持add、remove、get等方法。

(02) 和NavigableSet一樣，TreeSet的導航方法大致可以區分為兩類，一類時提供元素項的導航方法，返回某個元素；另一類時提供集合的導航方法，返回某個集合。

lower、floor、ceiling 和 higher 分別返回小于、小于等于、大于等于、大于給定元素的元素，如果不存在這樣的元素，則返回 null。

第2部分 TreeSet數據結構TreeSet的繼承關系

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與Collection關系如下圖：

從圖中可以看出：

(01) TreeSet繼承于AbstractSet，并且實現了NavigableSet接口。

(02) TreeSet的本質是一個'有序的，并且沒有重復元素'的集合，它是通過TreeMap實現的。TreeSet中含有一個'NavigableMap類型的成員變量'm，而m實際上是'TreeMap的實例'。

第3部分 TreeSet源碼解析(基于JDK1.6.0_45)

為了更了解TreeSet的原理，下面對TreeSet源碼代碼作出分析。

package java.util; public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E> implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable { // NavigableMap對象 private transient NavigableMap<E,Object> m; // TreeSet是通過TreeMap實現的， // PRESENT是鍵-值對中的值。 private static final Object PRESENT = new Object(); // 不帶參數的構造函數。創建一個空的TreeMap public TreeSet() { this(new TreeMap<E,Object>()); } // 將TreeMap賦值給 'NavigableMap對象m' TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) { this.m = m; } // 帶比較器的構造函數。 public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) { this(new TreeMap<E,Object>(comparator)); } // 創建TreeSet，并將集合c中的全部元素都添加到TreeSet中 public TreeSet(Collection<? extends E> c) { this(); // 將集合c中的元素全部添加到TreeSet中 addAll(c); } // 創建TreeSet，并將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的順序排列的迭代器。 // 因為TreeSet時TreeMap實現的，所以這里實際上時返回TreeMap的“鍵集”對應的迭代器 public Iterator<E> iterator() { return m.navigableKeySet().iterator(); } // 返回TreeSet的逆序排列的迭代器。 // 因為TreeSet時TreeMap實現的，所以這里實際上時返回TreeMap的“鍵集”對應的迭代器 public Iterator<E> descendingIterator() { return m.descendingKeySet().iterator(); } // 返回TreeSet的大小 public int size() { return m.size(); } // 返回TreeSet是否為空 public boolean isEmpty() { return m.isEmpty(); } // 返回TreeSet是否包含對象(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; } // 刪除TreeSet中的對象o public boolean remove(Object o) { return m.remove(o)==PRESENT; } // 清空TreeSet public void clear() { m.clear(); } // 將集合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，實際上是通過TreeMap的subMap()實現的。 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的頭部，范圍是：從頭部到toElement。 // inclusive是是否包含toElement的標志 public NavigableSet<E> headSet(E toElement, boolean inclusive) { return new TreeSet<E>(m.headMap(toElement, inclusive)); } // 返回Set的尾部，范圍是：從fromElement到結尾。 // inclusive是是否包含fromElement的標志 public NavigableSet<E> tailSet(E fromElement, boolean inclusive) { return new TreeSet<E>(m.tailMap(fromElement, inclusive)); } // 返回子Set。范圍是：從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的頭部，范圍是：從頭部到toElement(不包括)。 public SortedSet<E> headSet(E toElement) { return headSet(toElement, false); } // 返回Set的尾部，范圍是：從fromElement到結尾(不包括)。 public SortedSet<E> tailSet(E fromElement) { return tailSet(fromElement, true); } // 返回Set的比較器 public Comparator<? super E> comparator() { return m.comparator(); } // 返回Set的第一個元素 public E first() { return m.firstKey(); } // 返回Set的最后一個元素 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); } // 獲取第一個元素，并將該元素從TreeMap中刪除。 public E pollFirst() { Map.Entry<E,?> e = m.pollFirstEntry(); return (e == null)? null : e.getKey(); } // 獲取最后一個元素，并將該元素從TreeMap中刪除。 public E pollLast() { Map.Entry<E,?> e = m.pollLastEntry(); return (e == null)? null : e.getKey(); } // 克隆一個TreeSet，并返回Object對象 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的寫入函數 // 將TreeSet的“比較器、容量，所有的元素值”都寫入到輸出流中 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException { s.defaultWriteObject(); // 寫入比較器 s.writeObject(m.comparator()); // 寫入容量 s.writeInt(m.size()); // 寫入“TreeSet中的每一個元素” for (Iterator i=m.keySet().iterator(); i.hasNext(); ) s.writeObject(i.next()); } // java.io.Serializable的讀取函數：根據寫入方式讀出 // 先將TreeSet的“比較器、容量、所有的元素值”依次讀出 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { // Read in any hidden stuff s.defaultReadObject(); // 從輸入流中讀取TreeSet的“比較器” 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; // 從輸入流中讀取TreeSet的“容量” int size = s.readInt(); // 從輸入流中讀取TreeSet的“全部元素” tm.readTreeSet(size, s, PRESENT); } // TreeSet的序列版本號 private static final long serialVersionUID = -2479143000061671589L; }

總結：

(01) TreeSet實際上是TreeMap實現的。當我們構造TreeSet時；若使用不帶參數的構造函數，則TreeSet的使用自然比較器；若用戶需要使用自定義的比較器，則需要使用帶比較器的參數。

(02) TreeSet是非線程安全的。

(03) TreeSet實現java.io.Serializable的方式。當寫入到輸出流時，依次寫入“比較器、容量、全部元素”；當讀出輸入流時，再依次讀取。

第4部分 TreeSet遍歷方式4.1 Iterator順序遍歷

for(Iterator iter = set.iterator(); iter.hasNext(); ) { iter.next();} 4.2 Iterator順序遍歷

// 假設set是TreeSet對象for(Iterator iter = set.descendingIterator(); iter.hasNext(); ) { iter.next();}4.3 for-each遍歷HashSet

// 假設set是TreeSet對象，并且set中元素是String類型String[] arr = (String[])set.toArray(new String[0]);for (String str:arr) System.out.printf('for each : %sn', str);

TreeSet不支持快速隨機遍歷，只能通過迭代器進行遍歷！

TreeSet遍歷測試程序如下：

import java.util.*; /** * @desc TreeSet的遍歷程序 * * @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'); // 順序遍歷TreeSet ascIteratorThroughIterator(set) ; // 逆序遍歷TreeSet descIteratorThroughIterator(set); // 通過for-each遍歷TreeSet。不推薦！此方法需要先將Set轉換為數組 foreachTreeSet(set); } // 順序遍歷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 : %sn', iter.next()); } } // 逆序遍歷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 : %sn', (String)iter.next()); } // 通過for-each遍歷TreeSet。不推薦！此方法需要先將Set轉換為數組 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 : %sn', str); } }

運行結果：

---- 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

下面通過實例學習如何使用TreeSet

import java.util.*;/** * @desc TreeSet的API測試 * * @author skywang * @email kuiwu-wang@163.com */public class TreeSetTest { public static void main(String[] args) { testTreeSetAPIs(); } // 測試TreeSet的api public static void testTreeSetAPIs() { String val; // 新建TreeSet TreeSet tSet = new TreeSet(); // 將元素添加到TreeSet中 tSet.add('aaa'); // Set中不允許重復元素，所以只會保存一個“aaa” tSet.add('aaa'); tSet.add('bbb'); tSet.add('eee'); tSet.add('ddd'); tSet.add('ccc'); System.out.println('TreeSet:'+tSet); // 打印TreeSet的實際大小 System.out.printf('size : %dn', tSet.size()); // 導航方法 // floor(小于、等于) System.out.printf('floor bbb: %sn', tSet.floor('bbb')); // lower(小于) System.out.printf('lower bbb: %sn', tSet.lower('bbb')); // ceiling(大于、等于) System.out.printf('ceiling bbb: %sn', tSet.ceiling('bbb')); System.out.printf('ceiling eee: %sn', tSet.ceiling('eee')); // ceiling(大于) System.out.printf('higher bbb: %sn', tSet.higher('bbb')); // subSet() System.out.printf('subSet(aaa, true, ccc, true): %sn', tSet.subSet('aaa', true, 'ccc', true)); System.out.printf('subSet(aaa, true, ccc, false): %sn', tSet.subSet('aaa', true, 'ccc', false)); System.out.printf('subSet(aaa, false, ccc, true): %sn', tSet.subSet('aaa', false, 'ccc', true)); System.out.printf('subSet(aaa, false, ccc, false): %sn', tSet.subSet('aaa', false, 'ccc', false)); // headSet() System.out.printf('headSet(ccc, true): %sn', tSet.headSet('ccc', true)); System.out.printf('headSet(ccc, false): %sn', tSet.headSet('ccc', false)); // tailSet() System.out.printf('tailSet(ccc, true): %sn', tSet.tailSet('ccc', true)); System.out.printf('tailSet(ccc, false): %sn', tSet.tailSet('ccc', false)); // 刪除“ccc” tSet.remove('ccc'); // 將Set轉換為數組 String[] arr = (String[])tSet.toArray(new String[0]); for (String str:arr) System.out.printf('for each : %sn', str); // 打印TreeSet System.out.printf('TreeSet:%sn', tSet); // 遍歷TreeSet for(Iterator iter = tSet.iterator(); iter.hasNext(); ) { System.out.printf('iter : %sn', iter.next()); } // 刪除并返回第一個元素 val = (String)tSet.pollFirst(); System.out.printf('pollFirst=%s, set=%sn', val, tSet); // 刪除并返回最后一個元素 val = (String)tSet.pollLast(); System.out.printf('pollLast=%s, set=%sn', val, tSet); // 清空HashSet tSet.clear(); // 輸出HashSet是否為空 System.out.printf('%sn', tSet.isEmpty()?'set is empty':'set is not empty'); }}

運行結果：

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

補充：Java中關于使用TreeSet存儲數據的自然排序和定制排序

一、題目

創建類的 5 個對象，并把這些對象放入 TreeSet 集合中（TreeSet 需使用泛型和不用泛型分別來定義）

分別按以下兩種方式對集合中的元素進行排序，并遍歷輸出：

1、使 Employee 實現 Comparable 接口，并按 name 排序

2、創建 TreeSet 時傳入 Comparator 對象，按生日日期的先后排序。

二、定義一個 Employee 類

/** * 該類包含：private 成員變量 name,age,birthday，其中 birthday 為 * MyDate 類的對象； * 并為每一個屬性定義 getter, setter 方法； * 并重寫 toString 方法輸出 name, age, birthday * @author * @create 2021-01-22-15:00 */public class Employee implements Comparable<Employee> { private String name; private int age; private MyDate birthday; public Employee() { } public Employee(String name, int age, MyDate birthday) { this.name = name; this.age = age; this.birthday = birthday; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } public MyDate getBirthday() { return birthday; } public void setBirthday(MyDate birthday) { this.birthday = birthday; } @Override public String toString() { return 'Employee{' + 'name=’' + name + ’’’ + ', age=' + age + ', birthday=' + birthday + ’}’; } //不用泛型// @Override// public int compareTo(Object o) {// if(o instanceof Employee){// Employee employee = (Employee) o;// return this.name.compareTo(employee.name);// }// throw new RuntimeException('輸入的數據類型不一致');// } //使用泛型 @Override public int compareTo(Employee o) { return this.name.compareTo(o.name); }}三、MyDate 類

/** * MyDate 類包含: * private 成員變量 year,month,day；并為每一個屬性定義 getter, setter * 方法； * @author * @create 2021-01-22-15:00 */public class MyDate implements Comparable<MyDate> { private int year; private int month; private int day; public MyDate() { } public MyDate(int year, int month, int day) { this.year = year; this.month = month; this.day = day; } @Override public String toString() { return 'MyDate{' + 'year=' + year + ', month=' + month + ', day=' + day + ’}’; } public int getYear() { return year; } public void setYear(int year) { this.year = year; } public int getMonth() { return month; } public void setMonth(int month) { this.month = month; } public int getDay() { return day; } public void setDay(int day) { this.day = day; } @Override public int compareTo(MyDate o) { int minusYear= this.year-o.year; if (minusYear !=0){ return minusYear; } int minusMonth= this.month-o.month; if (minusMonth !=0){ return minusMonth; } return this.day-o.day; }}四、單元測試

（一）

@Test public void test1(){ TreeSet<Employee> set = new TreeSet<>(); set.add(new Employee('hh',23,new MyDate(1992,4,12))); set.add(new Employee('ff',43,new MyDate(1956,5,4))); set.add(new Employee('aa',27,new MyDate(1936,8,6))); set.add(new Employee('gg',38,new MyDate(1992,4,4))); Iterator<Employee> iterator = set.iterator(); while (iterator.hasNext()){ System.out.println(iterator.next()); } }

結果如下：

（二）

@Test public void test2(){ TreeSet<Employee> set = new TreeSet<>(new Comparator<Employee>() { @Override public int compare(Employee e1, Employee e2) { //加上泛型 MyDate b1 = e1.getBirthday(); MyDate b2 = e2.getBirthday(); return b1.compareTo(b2); //不加泛型// if (o1 instanceof Employee && o2 instanceof Employee){// Employee m1 = (Employee) o1;// Employee m2 = (Employee) o2;// MyDate m1Birthday = m1.getBirthday();// MyDate m2Birthday = m2.getBirthday();//// int minusYear = m1Birthday.getYear()- m2Birthday.getYear();// if (minusYear!=0){// return minusYear;// }// int minusMonth = m1Birthday.getMonth()- m2Birthday.getMonth();// if (minusMonth!=0){// return minusMonth;// }// int minusDay = m1Birthday.getDay()- m2Birthday.getDay();// return minusDay;//// }// throw new RuntimeException('傳入的數據類型不一致'); } }); set.add(new Employee('hh',23,new MyDate(1944,12,4))); set.add(new Employee('ff',43,new MyDate(1957,5,4))); set.add(new Employee('aa',27,new MyDate(1906,12,6))); set.add(new Employee('gg',38,new MyDate(1906,4,4))); Iterator<Employee> iterator = set.iterator(); while (iterator.hasNext()){ System.out.println(iterator.next()); } }

結果如下：

以上為個人經驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持好吧啦網。如有錯誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教。