TreeMap内部实现简介

1、概述

TreeMap是Java内部实现比较复杂的集合类之一。与HashMap不一样，TreeMap的底层不是用哈希表实现的，而是用红黑树实现的。另外，HashMap存取元素的时间复杂度是O(1)的常量级，而TreeMap对元素的操作复杂度为O(log n)。虽然在操作性能方面，TreeMap不占优势，但是因为它使用红黑树（平衡二叉查找树）实现，所以它内部的元素都是排好序的。当需要查找的元素是排好序的，TreeMap的优势就体现出来了。

2、红黑树简介

首先，介绍一下红黑树的基本性质。红黑树不是一棵严格意义上的平衡树，因为它的高度差会大于1。了解一下它的性质就清楚了。

红黑树是一棵二叉树，它满足以下5个特性：

<1>每个节点的颜色是红色或黑色。

<2>根节点必须是黑色的。

<3>每个叶节点是黑色的（叶节点是指树尾端的NULL节点）。

<4>如果一个节点是红色的，那么它的子节点必须是黑色。即，不能有连续的红色节点。

<5>对于任意一个节点，从它到叶节点的每条路径包含相同数量的黑色节点。

由上述定义可知，红黑树是一棵相对平衡的二叉查找树。因为红黑树天生需要平衡，所以就可以避免一般的二叉查找树在极端情况（插入的数据已经排好序）失去平衡的情况。

3、TreeMap的Entry类

由于TreeMap包含了tree和Map的性质，它所包含的的Entry类应该有以下6个成员变量：

左子结点引用、右子节点引用、父节点引用、key、value、color。

在JDK中，Entry的具体定义如下：

static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {  K key;  V value;  Entry<K,V> left = null;  Entry<K,V> right = null;  Entry<K,V> parent;  boolean color = BLACK;  /** * Make a new cell with given key, value, and parent, and with * {@code null} child links, and BLACK color. */  Entry(K key, V value, Entry<K,V> parent) {  this.key = key;  this.value = value;  this.parent = parent;  }
}

4、TreeMap的put(key ,value)操作
插入元素由put操作进行，主要包括两个过程，第一步是通过计算key找到插入元素的位置，如果新加入的key不存在直接插入；如果存在，那么就更新原节点的值。第二步是，因为插入新元素可能会破坏红黑树的属性，如果被破坏了，就要通过左右旋转等操作恢复红黑树的属性。具体代码如下：

public V put(K key, V value) {  Entry<K,V> t = root;  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;  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();  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;  fixAfterInsertion(e);  size++;  modCount++;  return null;
}

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