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。

在TreeSet中定义了如下几个变量

private transient NavigableMap<E,Object> m;
        
//PRESENT会被当做Map的value与key构建成键值对
 private static final Object PRESENT = new Object();

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 e) 
          将指定的元素添加到此 set（如果该元素尚未存在于 set 中）。 
 boolean addAll(Collection<? extends E> c) 
          将指定 collection 中的所有元素添加到此 set 中。 
 E ceiling(E e) 
          返回此 set 中大于等于给定元素的最小元素；如果不存在这样的元素，则返回 null。 
 void clear() 
          移除此 set 中的所有元素。 
 Object clone() 
          返回 TreeSet 实例的浅表副本。 
 Comparator<? super E> comparator() 
          返回对此 set 中的元素进行排序的比较器；如果此 set 使用其元素的自然顺序，则返回 null。 
 boolean contains(Object o) 
          如果此 set 包含指定的元素，则返回 true。 
 Iterator<E> descendingIterator() 
          返回在此 set 元素上按降序进行迭代的迭代器。 
 NavigableSet<E> descendingSet() 
          返回此 set 中所包含元素的逆序视图。 
 E first() 
          返回此 set 中当前第一个（最低）元素。 
 E floor(E e) 
          返回此 set 中小于等于给定元素的最大元素；如果不存在这样的元素，则返回 null。 
 SortedSet<E> headSet(E toElement) 
          返回此 set 的部分视图，其元素严格小于 toElement。 
 NavigableSet<E> headSet(E toElement, boolean inclusive) 
          返回此 set 的部分视图，其元素小于（或等于，如果 inclusive 为 true）toElement。 
 E higher(E e) 
          返回此 set 中严格大于给定元素的最小元素；如果不存在这样的元素，则返回 null。 
 boolean isEmpty() 
          如果此 set 不包含任何元素，则返回 true。 
 Iterator<E> iterator() 
          返回在此 set 中的元素上按升序进行迭代的迭代器。 
 E last() 
          返回此 set 中当前最后一个（最高）元素。 
 E lower(E e) 
          返回此 set 中严格小于给定元素的最大元素；如果不存在这样的元素，则返回 null。 
 E pollFirst() 
          获取并移除第一个（最低）元素；如果此 set 为空，则返回 null。 
 E pollLast() 
          获取并移除最后一个（最高）元素；如果此 set 为空，则返回 null。 
 boolean remove(Object o) 
          将指定的元素从 set 中移除（如果该元素存在于此 set 中）。 
 int size() 
          返回 set 中的元素数（set 的容量）。 
 NavigableSet<E> subSet(E fromElement, boolean fromInclusive, E toElement, boolean toInclusive) 
          返回此 set 的部分视图，其元素范围从 fromElement 到 toElement。 
 SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement) 
          返回此 set 的部分视图，其元素从 fromElement（包括）到 toElement（不包括）。 
 SortedSet<E> tailSet(E fromElement) 
          返回此 set 的部分视图，其元素大于等于 fromElement。 
 NavigableSet<E> tailSet(E fromElement, boolean inclusive) 
          返回此 set 的部分视图，其元素大于（或等于，如果 inclusive 为 true）fromElement。

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，一类是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 源码分析

  1 package java.util;
  2 
  3 
  4 public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
  5     implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable
  6 {
  7     // NavigableMap对象
  8     private transient NavigableMap<E,Object> m;
  9 
 10         // TreeSet是通过TreeMap实现的，
 11     // PRESENT是键-值对中的值。
 12     private static final Object PRESENT = new Object();
 13 
 14     // 将TreeMap赋值给 "NavigableMap对象m"
 15     TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
 16         this.m = m;
 17     }
 18 
 19    // 不带参数的构造函数。创建一个空的TreeMap
 20     public TreeSet() {
 21         this(new TreeMap<E,Object>());
 22     }
 23 
 24     // 带比较器的构造函数。
 25     public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
 26         this(new TreeMap<>(comparator));
 27     }
 28 
 29    // 创建TreeSet，并将集合c中的全部元素都添加到TreeSet中
 30     public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
 31         this();
 32         // 将集合c中的元素全部添加到TreeSet中
 33         addAll(c);
 34     }
 35 
 36     // 创建TreeSet，并将s中的全部元素都添加到TreeSet中
 37     public TreeSet(SortedSet<E> s) {
 38         this(s.comparator());
 39         addAll(s);
 40     }
 41 
 42     // 返回TreeSet的顺序排列的迭代器。
 43     // 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
 44     public Iterator<E> iterator() {
 45         return m.navigableKeySet().iterator();
 46     }
 47 
 48     // 返回TreeSet的逆序排列的迭代器。
 49     // 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
 50     public Iterator<E> descendingIterator() {
 51         return m.descendingKeySet().iterator();
 52     }
 53 
 54     /**
 55      * @since 1.6
 56      */
 57     public NavigableSet<E> descendingSet() {
 58         return new TreeSet<>(m.descendingMap());
 59     }
 60 
 61     // 返回TreeSet的大小
 62     public int size() {
 63         return m.size();
 64     }
 65 
 66     // 返回TreeSet是否为空
 67     public boolean isEmpty() {
 68         return m.isEmpty();
 69     }
 70 
 71      // 返回TreeSet是否包含对象(o)
 72     public boolean contains(Object o) {
 73         return m.containsKey(o);
 74     }
 75 
 76     // 添加e到TreeSet中
 77     public boolean add(E e) {
 78         return m.put(e, PRESENT)==null;
 79     }
 80 
 81     // 删除TreeSet中的对象o
 82     public boolean remove(Object o) {
 83         return m.remove(o)==PRESENT;
 84     }
 85 
 86     // 清空TreeSet
 87     public void clear() {
 88         m.clear();
 89     }
 90 
 91     // 将集合c中的全部元素添加到TreeSet中
 92     public  boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
 93         // Use linear-time version if applicable
 94         if (m.size()==0 && c.size() > 0 &&
 95             c instanceof SortedSet &&
 96             m instanceof TreeMap) {
 97             SortedSet<? extends E> set = (SortedSet<? extends E>) c;
 98             TreeMap<E,Object> map = (TreeMap<E, Object>) m;
 99             Comparator<? super E> cc = (Comparator<? super E>) set.comparator();
100             Comparator<? super E> mc = map.comparator();
101             if (cc==mc || (cc != null && cc.equals(mc))) {
102                 map.addAllForTreeSet(set, PRESENT);
103                 return true;
104             }
105         }
106         return super.addAll(c);
107     }
108 
109     // 返回子Set，实际上是通过TreeMap的subMap()实现的。
110     public NavigableSet<E> subSet(E fromElement, boolean fromInclusive,
111                                   E toElement,   boolean toInclusive) {
112         return new TreeSet<>(m.subMap(fromElement, fromInclusive,
113                                        toElement,   toInclusive));
114     }
115 
116     // 返回Set的头部，范围是：从头部到toElement。
117     // inclusive是是否包含toElement的标志
118     public NavigableSet<E> headSet(E toElement, boolean inclusive) {
119         return new TreeSet<>(m.headMap(toElement, inclusive));
120     }
121 
122     // 返回Set的尾部，范围是：从fromElement到结尾。
123     // inclusive是是否包含fromElement的标志
124     public NavigableSet<E> tailSet(E fromElement, boolean inclusive) {
125         return new TreeSet<>(m.tailMap(fromElement, inclusive));
126     }
127 
128     // 返回子Set。范围是：从fromElement(包括)到toElement(不包括)。
129     public SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement) {
130         return subSet(fromElement, true, toElement, false);
131     }
132 
133     // 返回Set的头部，范围是：从头部到toElement(不包括)。
134     public SortedSet<E> headSet(E toElement) {
135         return headSet(toElement, false);
136     }
137 
138      // 返回Set的尾部，范围是：从fromElement到结尾(不包括)。
139     public SortedSet<E> tailSet(E fromElement) {
140         return tailSet(fromElement, true);
141     }
142 
143         // 返回Set的比较器
144     public Comparator<? super E> comparator() {
145         return m.comparator();
146     }
147 
148     // 返回Set的第一个元素
149     public E first() {
150         return m.firstKey();
151     }
152 
153     // 返回Set的最后一个元素
154     public E last() {
155         return m.lastKey();
156     }
157 
158     // NavigableSet API methods
159 
160     // 返回Set中小于e的最大元素
161     public E lower(E e) {
162         return m.lowerKey(e);
163     }
164 
165     // 返回Set中小于/等于e的最大元素
166     public E floor(E e) {
167         return m.floorKey(e);
168     }
169 
170     // 返回Set中大于/等于e的最小元素
171     public E ceiling(E e) {
172         return m.ceilingKey(e);
173     }
174 
175     // 返回Set中大于e的最小元素
176     public E higher(E e) {
177         return m.higherKey(e);
178     }
179 
180     // 获取第一个元素，并将该元素从TreeMap中删除。
181     public E pollFirst() {
182         Map.Entry<E,?> e = m.pollFirstEntry();
183         return (e == null) ? null : e.getKey();
184     }
185 
186     // 获取最后一个元素，并将该元素从TreeMap中删除。
187     public E pollLast() {
188         Map.Entry<E,?> e = m.pollLastEntry();
189         return (e == null) ? null : e.getKey();
190     }
191 
192     // 克隆一个TreeSet，并返回Object对象
193     public Object clone() {
194         TreeSet<E> clone = null;
195         try {
196             clone = (TreeSet<E>) super.clone();
197         } catch (CloneNotSupportedException e) {
198             throw new InternalError();
199         }
200 
201         clone.m = new TreeMap<>(m);
202         return clone;
203     }
204 
205     // java.io.Serializable的写入函数
206     // 将TreeSet的“比较器、容量，所有的元素值”都写入到输出流中
207     private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
208         throws java.io.IOException {
209         // Write out any hidden stuff
210         s.defaultWriteObject();
211 
212         // Write out Comparator
213         s.writeObject(m.comparator());
214 
215         // Write out size
216         s.writeInt(m.size());
217 
218         // Write out all elements in the proper order.
219         for (E e : m.keySet())
220             s.writeObject(e);
221     }
222 
223     // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出
224     // 先将TreeSet的“比较器、容量、所有的元素值”依次读出
225     private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
226         throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
227         // Read in any hidden stuff
228         s.defaultReadObject();
229 
230         // Read in Comparator
231         Comparator<? super E> c = (Comparator<? super E>) s.readObject();
232 
233         // Create backing TreeMap
234         TreeMap<E,Object> tm;
235         if (c==null)
236             tm = new TreeMap<>();
237         else
238             tm = new TreeMap<>(c);
239         m = tm;
240 
241         // Read in size
242         int size = s.readInt();
243 
244         tm.readTreeSet(size, s, PRESENT);
245     }
246 
247     private static final long serialVersionUID = -2479143000061671589L;
248 }

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。

posted on 2014-08-27 12:07 xingle0917 阅读(757) 评论(0) 编辑收藏举报

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