Map接口
Map集合的特点
- 能够存储唯一的列数据（唯一，不可重复）Set
- 能够存储可以重复的数据（可重复）List
- 值的顺序取决于键的顺序
- 键和值都可以存储 null 元素
TreeMap
本质上就是红黑树的实现：
- 每个节点要么是红色要么是黑色
- 根节点必须是黑色
- 每个叶子节点（空节点）是黑色
- 每个红色节点的两个子节点必须是黑色
- 任意节点到每个叶子节点的路径包含相同数量的黑色节点
private static final boolean RED = false;
private static final boolean BLACK = true;
static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
K key; /* key */
V value; /* value */
Entry<K,V> left; /* 左节点 */
Entry<K,V> right; /* 右节点 */
Entry<K,V> parent; /* 父节点 */
boolean color = BLACK; /* 节点颜色 */
}
put()方法
public V put(K key, V value) {
return put(key, value, true);
}
private V put(K key, V value, boolean replaceOld) {
// 将 root 赋值给局部变量 null
Entry<K,V> t = root;
if (t == null) {
// 初始操作
addEntryToEmptyMap(key, value);
return null;
}
int cmp;
Entry<K,V> parent; // 父节点
Comparator<? super K> cpr = comparator; // 获取比较器
if (cpr != null) {
// t 是迭代过程中的插入节点父节点的循环节点
do {
// 将 root 赋值给 parent 节点
parent = t;
// 和 root 节点比较值的大小
cmp = cpr.compare(key, t.key);
if (cmp < 0)
t = t.left; // 父节点的左子节点赋给 t
else if (cmp > 0)
t = t.right; // 父节点的右子节点赋给 t
else {
// 和父节点的 key 相等直接修改值
V oldValue = t.value;
if (replaceOld || oldValue == null) {
t.value = value;
}
// 将修改前的值进行返回
return oldValue;
}
} while (t != null);
// 一直向下找，直到完成插入操作
} else {
Objects.requireNonNull(key);
@SuppressWarnings("unchecked")
Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
// 同样的逻辑但是使用的是自定义的比较器
do {
parent = t;
cmp = k.compareTo(t.key);
if (cmp < 0)
t = t.left;
else if (cmp > 0)
t = t.right;
else {
V oldValue = t.value;
if (replaceOld || oldValue == null) {
t.value = value;
}
return oldValue;
}
} while (t != null);
}
// 将插入的 key value 封装成一个 Entry 对象
addEntry(key, value, parent, cmp < 0);
return null;
}
private void addEntryToEmptyMap(K key, V value) {
// 检查 key 是否为空
compare(key, key);
// 将要添加的 key value 封装为一个 Entry 对象并赋值给 root 对象
root = new Entry<>(key, value, null);
size = 1; // 容量设置为 1
modCount++;
}
private void addEntry(K key, V value, Entry<K, V> parent, boolean addToLeft) {
Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
if (addToLeft)
parent.left = e; // 插入的节点在 parent 节点的左侧
else
parent.right = e; // 插入的节点在 parent 节点的右侧
fixAfterInsertion(e); // 实现红黑树的平衡
size++; // size 增加
modCount++;
}
对插入操作结束后，会对红黑树进行一次平衡操作 fixAfterInsertion() 即对左右子树进行旋转操作。
红黑树的平衡操作
private void fixAfterInsertion(Entry<K,V> x) {
// 设置添加节点的颜色为红色
x.color = RED;
// 循环的条件：添加的节点不为空，不是root节点，父节点的颜色为红色
while (x != null && x != root && x.parent.color == RED) {
// 父节点是祖父节点的左节点
if (parentOf(x) == leftOf(parentOf(parentOf(x)))) {
// 获取父节点的兄弟节点 叔叔节点
Entry<K,V> y = rightOf(parentOf(parentOf(x)));
// 叔叔节点是红色
if (colorOf(y) == RED) {
// 设置父节点为黑色
setColor(parentOf(x), BLACK);
// 设置叔叔节点为黑色
setColor(y, BLACK);
// 设置祖父节点的颜色为红色
setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
// 将祖父节点设置为插入节点在下一次循环中再做一次平衡
x = parentOf(parentOf(x));
// 叔叔节点是黑色
} else {
// 判断插入节点是否为父节点的右侧节点
if (x == rightOf(parentOf(x))) {
// 将父节点作为插入节点
x = parentOf(x);
// 左旋 必然伴随父节点的右旋
rotateLeft(x);
}
// 设置父节点为黑色
setColor(parentOf(x), BLACK);
// 设置祖父节点的颜色为红色
setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
// 右旋
rotateRight(parentOf(parentOf(x)));
}
// 父节点是祖父节点的右节点
} else {
// 获取父节点的兄弟节点 叔叔节点
Entry<K,V> y = leftOf(parentOf(parentOf(x)));
// 叔叔节点为红色
if (colorOf(y) == RED) {
// 变色处理
setColor(parentOf(x), BLACK);
setColor(y, BLACK);
setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
x = parentOf(parentOf(x));
} else {
// 插入节点在父节点的右侧
if (x == leftOf(parentOf(x))) {
x = parentOf(x);
// 右旋
rotateRight(x);
}
setColor(parentOf(x), BLACK);
setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
// 左旋
rotateLeft(parentOf(parentOf(x)));
}
}
}
// 根节点颜色设置为黑色
root.color = BLACK;
}
红黑树的左旋和右旋
左旋
// 左旋
private void rotateLeft(Entry<K,V> p) {
if (p != null) {
Entry<K,V> r = p.right;
p.right = r.left;
if (r.left != null)
r.left.parent = p;
r.parent = p.parent;
if (p.parent == null)
root = r;
else if (p.parent.left == p)
p.parent.left = r;
else
p.parent.right = r;
r.left = p;
p.parent = r;
}
}
右旋
// 右旋
private void rotateRight(Entry<K,V> p) {
if (p != null) {
Entry<K,V> l = p.left;
p.left = l.right;
if (l.right != null) l.right.parent = p;
l.parent = p.parent;
if (p.parent == null)
root = l;
else if (p.parent.right == p)
p.parent.right = l;
else p.parent.left = l;
l.right = p;
p.parent = l;
}
}
评论区