Java 集合系列12之 TreeMap详细介绍(源码解析)和使用示例-阿里云开发者社区

概要

这一章，我们对TreeMap进行学习。
我们先对TreeMap有个整体认识，然后再学习它的源码，最后再通过实例来学会使用TreeMap。内容包括：
第1部分 TreeMap介绍
 第2部分 TreeMap数据结构
 第3部分 TreeMap源码解析(基于JDK1.6.0_45)
第4部分 TreeMap遍历方式
 第5部分 TreeMap示例

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第1部分 TreeMap介绍

TreeMap 简介

TreeMap 是一个有序的key-value集合，它是通过红黑树实现的。
TreeMap 继承于AbstractMap，所以它是一个Map，即一个key-value集合。
TreeMap 实现了NavigableMap接口，意味着它支持一系列的导航方法。比如返回有序的key集合。
TreeMap 实现了Cloneable接口，意味着它能被克隆。
TreeMap 实现了java.io.Serializable接口，意味着它支持序列化。

TreeMap基于红黑树（Red-Black tree）实现。该映射根据其键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。
TreeMap的基本操作 containsKey、get、put 和 remove 的时间复杂度是 log(n) 。
另外，TreeMap是非同步的。它的iterator 方法返回的迭代器是fail-fastl的。

TreeMap的构造函数

// 默认构造函数。使用该构造函数，TreeMap中的元素按照自然排序进行排列。
TreeMap()

// 创建的TreeMap包含Map
TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> copyFrom) // 指定Tree的比较器 TreeMap(Comparator<? super K> comparator) // 创建的TreeSet包含copyFrom TreeMap(SortedMap<K, ? extends V> copyFrom)

TreeMap的API

Entry<K, V>                ceilingEntry(K key)
K                          ceilingKey(K key)
void                       clear()
Object                     clone()
Comparator<? super K>      comparator()
boolean containsKey(Object key) NavigableSet<K> descendingKeySet() NavigableMap<K, V> descendingMap() Set<Entry<K, V>> entrySet() Entry<K, V> firstEntry() K firstKey() Entry<K, V> floorEntry(K key) K floorKey(K key) V get(Object key) NavigableMap<K, V> headMap(K to, boolean inclusive) SortedMap<K, V> headMap(K toExclusive) Entry<K, V> higherEntry(K key) K higherKey(K key) boolean isEmpty() Set<K> keySet() Entry<K, V> lastEntry() K lastKey() Entry<K, V> lowerEntry(K key) K lowerKey(K key) NavigableSet<K> navigableKeySet() Entry<K, V> pollFirstEntry() Entry<K, V> pollLastEntry() V put(K key, V value) V remove(Object key) int size() SortedMap<K, V> subMap(K fromInclusive, K toExclusive) NavigableMap<K, V> subMap(K from, boolean fromInclusive, K to, boolean toInclusive) NavigableMap<K, V> tailMap(K from, boolean inclusive) SortedMap<K, V> tailMap(K fromInclusive)

第2部分 TreeMap数据结构

TreeMap的继承关系

java.lang.Object
   ↳     java.util.AbstractMap<K, V>
         ↳     java.util.TreeMap<K, V>

public class TreeMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {}

TreeMap与Map关系如下图：

从图中可以看出：
(01) TreeMap实现继承于AbstractMap，并且实现了NavigableMap接口。
(02) TreeMap的本质是R-B Tree(红黑树)，它包含几个重要的成员变量： root, size, comparator。
　　root 是红黑数的根节点。它是Entry类型，Entry是红黑数的节点，它包含了红黑数的6个基本组成成分：key(键)、value(值)、left(左孩子)、right(右孩子)、parent(父节点)、color(颜色)。Entry节点根据key进行排序，Entry节点包含的内容为value。
　　红黑数排序时，根据Entry中的key进行排序；Entry中的key比较大小是根据比较器comparator来进行判断的。
　　size是红黑数中节点的个数。

关于红黑数的具体算法，请参考"红黑树(一) 原理和算法详细介绍"。

第3部分 TreeMap源码解析(基于JDK1.6.0_45)

为了更了解TreeMap的原理，下面对TreeMap源码代码作出分析。我们先给出源码内容，后面再对源码进行详细说明，当然，源码内容中也包含了详细的代码注释。读者阅读的时候，建议先看后面的说明，先建立一个整体印象；之后再阅读源码。

   1 package java.util;
   2 
   3 public class TreeMap<K,V>  4 extends AbstractMap<K,V>  5 implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable  6 {  7  8 // 比较器。用来给TreeMap排序  9 private final Comparator<? super K> comparator;  10  11 // TreeMap是红黑树实现的，root是红黑书的根节点  12 private transient Entry<K,V> root = null;  13  14 // 红黑树的节点总数  15 private transient int size = 0;  16  17 // 记录红黑树的修改次数  18 private transient int modCount = 0;  19  20 // 默认构造函数  21 public TreeMap() {  22 comparator = null;  23  }  24  25 // 带比较器的构造函数  26 public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) {  27 this.comparator = comparator;  28  }  29  30 // 带Map的构造函数，Map会成为TreeMap的子集  31 public TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {  32 comparator = null;  33  putAll(m);  34  }  35  36 // 带SortedMap的构造函数，SortedMap会成为TreeMap的子集  37 public TreeMap(SortedMap<K, ? extends V> m) {  38 comparator = m.comparator();  39 try {  40 buildFromSorted(m.size(), m.entrySet().iterator(), null, null);  41 } catch (java.io.IOException cannotHappen) {  42 } catch (ClassNotFoundException cannotHappen) {  43  }  44  }  45  46 public int size() {  47 return size;  48  }  49  50 // 返回TreeMap中是否保护“键(key)”  51 public boolean containsKey(Object key) {  52 return getEntry(key) != null;  53  }  54  55 // 返回TreeMap中是否保护"值(value)"  56 public boolean containsValue(Object value) {  57 // getFirstEntry() 是返回红黑树的第一个节点  58 // successor(e) 是获取节点e的后继节点  59 for (Entry<K,V> e = getFirstEntry(); e != null; e = successor(e))  60 if (valEquals(value, e.value))  61 return true;  62 return false;  63  }  64  65 // 获取“键(key)”对应的“值(value)”  66 public V get(Object key) {  67 // 获取“键”为key的节点(p)  68 Entry<K,V> p = getEntry(key);  69 // 若节点(p)为null，返回null；否则，返回节点对应的值  70 return (p==null ? null : p.value);  71  }  72  73 public Comparator<? super K> comparator() { 74 return comparator; 75 } 76 77 // 获取第一个节点对应的key 78 public K firstKey() { 79 return key(getFirstEntry()); 80 } 81 82 // 获取最后一个节点对应的key 83 public K lastKey() { 84 return key(getLastEntry()); 85 } 86 87 // 将map中的全部节点添加到TreeMap中 88 public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> map) { 89 // 获取map的大小 90 int mapSize = map.size(); 91 // 如果TreeMap的大小是0,且map的大小不是0,且map是已排序的“key-value对” 92 if (size==0 && mapSize!=0 && map instanceof SortedMap) { 93 Comparator c = ((SortedMap)map).comparator(); 94 // 如果TreeMap和map的比较器相等； 95 // 则将map的元素全部拷贝到TreeMap中，然后返回！ 96 if (c == comparator || (c != null && c.equals(comparator))) { 97 ++modCount; 98 try { 99 buildFromSorted(mapSize, map.entrySet().iterator(), 100 null, null); 101 } catch (java.io.IOException cannotHappen) { 102 } catch (ClassNotFoundException cannotHappen) { 103 } 104 return; 105 } 106 } 107 // 调用AbstractMap中的putAll(); 108 // AbstractMap中的putAll()又会调用到TreeMap的put() 109 super.putAll(map); 110 } 111 112 // 获取TreeMap中“键”为key的节点 113 final Entry<K,V> getEntry(Object key) { 114 // 若“比较器”为null，则通过getEntryUsingComparator()获取“键”为key的节点 115 if (comparator != null) 116 return getEntryUsingComparator(key); 117 if (key == null) 118 throw new NullPointerException(); 119 Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key; 120 // 将p设为根节点 121 Entry<K,V> p = root; 122 while (p != null) { 123 int cmp = k.compareTo(p.key); 124 // 若“p的key” < key，则p=“p的左孩子” 125 if (cmp < 0) 126 p = p.left; 127 // 若“p的key” > key，则p=“p的左孩子” 128 else if (cmp > 0) 129 p = p.right; 130 // 若“p的key” = key，则返回节点p 131 else 132 return p; 133 } 134 return null; 135 } 136 137 // 获取TreeMap中“键”为key的节点(对应TreeMap的比较器不是null的情况) 138 final Entry<K,V> getEntryUsingComparator(Object key) { 139 K k = (K) key; 140 Comparator<? super K> cpr = comparator; 141 if (cpr != null) { 142 // 将p设为根节点 143 Entry<K,V> p = root; 144 while (p != null) { 145 int cmp = cpr.compare(k, p.key); 146 // 若“p的key” < key，则p=“p的左孩子” 147 if (cmp < 0) 148 p = p.left; 149 // 若“p的key” > key，则p=“p的左孩子” 150 else if (cmp > 0) 151 p = p.right; 152 // 若“p的key” = key，则返回节点p 153 else 154 return p; 155 } 156 } 157 return null; 158 } 159 160 // 获取TreeMap中不小于key的最小的节点； 161 // 若不存在(即TreeMap中所有节点的键都比key大)，就返回null 162 final Entry<K,V> getCeilingEntry(K key) { 163 Entry<K,V> p = root; 164 while (p != null) { 165 int cmp = compare(key, p.key); 166 // 情况一：若“p的key” > key。 167 // 若 p 存在左孩子，则设 p=“p的左孩子”； 168 // 否则，返回p 169 if (cmp < 0) { 170 if (p.left != null) 171 p = p.left; 172 else 173 return p; 174 // 情况二：若“p的key” < key。 175 } else if (cmp > 0) { 176 // 若 p 存在右孩子，则设 p=“p的右孩子” 177 if (p.right != null) { 178 p = p.right; 179 } else { 180 // 若 p 不存在右孩子，则找出 p 的后继节点，并返回 181 // 注意：这里返回的 “p的后继节点”有2种可能性：第一，null；第二，TreeMap中大于key的最小的节点。 182 // 理解这一点的核心是，getCeilingEntry是从root开始遍历的。 183 // 若getCeilingEntry能走到这一步，那么，它之前“已经遍历过的节点的key”都 > key。 184 // 能理解上面所说的，那么就很容易明白，为什么“p的后继节点”又2种可能性了。 185 Entry<K,V> parent = p.parent; 186 Entry<K,V> ch = p; 187 while (parent != null && ch == parent.right) { 188 ch = parent; 189 parent = parent.parent; 190 } 191 return parent; 192 } 193 // 情况三：若“p的key” = key。 194 } else 195 return p; 196 } 197 return null; 198 } 199 200 // 获取TreeMap中不大于key的最大的节点； 201 // 若不存在(即TreeMap中所有节点的键都比key小)，就返回null 202 // getFloorEntry的原理和getCeilingEntry类似，这里不再多说。 203 final Entry<K,V> getFloorEntry(K key) { 204 Entry<K,V> p = root; 205 while (p != null) { 206 int cmp = compare(key, p.key); 207 if (cmp > 0) { 208 if (p.right != null) 209 p = p.right; 210 else 211 return p; 212 } else if (cmp < 0) { 213 if (p.left != null) { 214 p = p.left; 215 } else { 216 Entry<K,V> parent = p.parent; 217 Entry<K,V> ch = p; 218 while (parent != null && ch == parent.left) { 219 ch = parent; 220 parent = parent.parent; 221 } 222 return parent; 223 } 224 } else 225 return p; 226 227 } 228 return null; 229 } 230 231 // 获取TreeMap中大于key的最小的节点。 232 // 若不存在，就返回null。 233 // 请参照getCeilingEntry来对getHigherEntry进行理解。 234 final Entry<K,V> getHigherEntry(K key) { 235 Entry<K,V> p = root; 236 while (p != null) { 237 int cmp = compare(key, p.key); 238 if (cmp < 0) { 239 if (p.left != null) 240 p = p.left; 241 else 242 return p; 243 } else { 244 if (p.right != null) { 245 p = p.right; 246 } else { 247 Entry<K,V> parent = p.parent; 248 Entry<K,V> ch = p; 249 while (parent != null && ch == parent.right) { 250 ch = parent; 251 parent = parent.parent; 252 } 253 return parent; 254 } 255 } 256 } 257 return null; 258 } 259 260 // 获取TreeMap中小于key的最大的节点。 261 // 若不存在，就返回null。 262 // 请参照getCeilingEntry来对getLowerEntry进行理解。 263 final Entry<K,V> getLowerEntry(K key) { 264 Entry<K,V> p = root; 265 while (p != null) { 266 int cmp = compare(key, p.key); 267 if (cmp > 0) { 268 if (p.right != null) 269 p = p.right; 270 else 271 return p; 272 } else { 273 if (p.left != null) { 274 p = p.left; 275 } else { 276 Entry<K,V> parent = p.parent; 277 Entry<K,V> ch = p; 278 while (parent != null && ch == parent.left) { 279 ch = parent; 280 parent = parent.parent; 281 } 282 return parent; 283 } 284 } 285 } 286 return null; 287 } 288 289 // 将“key, value”添加到TreeMap中 290 // 理解TreeMap的前提是掌握“红黑树”。 291 // 若理解“红黑树中添加节点”的算法，则很容易理解put。 292 public V put(K key, V value) { 293 Entry<K,V> t = root; 294 // 若红黑树为空，则插入根节点 295 if (t == null) { 296 // TBD: 297 // 5045147: (coll) Adding null to an empty TreeSet should 298 // throw NullPointerException 299 // 300 // compare(key, key); // type check 301 root = new Entry<K,V>(key, value, null); 302 size = 1; 303 modCount++; 304 return null; 305 } 306 int cmp; 307 Entry<K,V> parent; 308 // split comparator and comparable paths 309 Comparator<? super K> cpr = comparator; 310 // 在二叉树(红黑树是特殊的二叉树)中，找到(key, value)的插入位置。 311 // 红黑树是以key来进行排序的，所以这里以key来进行查找。 312 if (cpr != null) { 313 do { 314 parent = t; 315 cmp = cpr.compare(key, t.key); 316 if (cmp < 0) 317 t = t.left; 318 else if (cmp > 0) 319 t = t.right; 320 else 321 return t.setValue(value); 322 } while (t != null); 323 } 324 else { 325 if (key == null) 326 throw new NullPointerException(); 327 Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key; 328 do { 329 parent = t; 330 cmp = k.compareTo(t.key); 331 if (cmp < 0) 332 t = t.left; 333 else if (cmp > 0) 334 t = t.right; 335 else 336 return t.setValue(value); 337 } while (t != null); 338 } 339 // 新建红黑树的节点(e) 340 Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(key, value, parent); 341 if (cmp < 0) 342 parent.left = e; 343 else 344 parent.right = e; 345 // 红黑树插入节点后，不再是一颗红黑树； 346 // 这里通过fixAfterInsertion的处理，来恢复红黑树的特性。 347 fixAfterInsertion(e); 348 size++; 349 modCount++; 350 return null; 351 } 352 353 // 删除TreeMap中的键为key的节点，并返回节点的值 354 public V remove(Object key) { 355 // 找到键为key的节点 356 Entry<K,V> p = getEntry(key); 357 if (p == null) 358 return null; 359 360 // 保存节点的值 361 V oldValue = p.value; 362 // 删除节点 363 deleteEntry(p); 364 return oldValue; 365 } 366 367 // 清空红黑树 368 public void clear() { 369 modCount++; 370 size = 0; 371 root = null; 372 } 373 374 // 克隆一个TreeMap，并返回Object对象 375 public Object clone() { 376 TreeMap<K,V> clone = null; 377 try { 378 clone = (TreeMap<K,V>) super.clone(); 379 } catch (CloneNotSupportedException e) { 380 throw new InternalError(); 381 } 382 383 // Put clone into "virgin" state (except for comparator) 384 clone.root = null; 385 clone.size = 0; 386 clone.modCount = 0; 387 clone.entrySet = null; 388 clone.navigableKeySet = null; 389 clone.descendingMap = null; 390 391 // Initialize clone with our mappings 392 try { 393 clone.buildFromSorted(size, entrySet().iterator(), null, null); 394 } catch (java.io.IOException cannotHappen) { 395 } catch (ClassNotFoundException cannotHappen) { 396 } 397 398 return clone; 399 } 400 401 // 获取第一个节点(对外接口)。 402 public Map.Entry<K,V> firstEntry() { 403 return exportEntry(getFirstEntry()); 404 } 405 406 // 获取最后一个节点(对外接口)。 407 public Map.Entry<K,V> lastEntry() { 408 return exportEntry(getLastEntry()); 409 } 410 411 // 获取第一个节点，并将改节点从TreeMap中删除。 412 public Map.Entry<K,V> pollFirstEntry() { 413 // 获取第一个节点 414 Entry<K,V> p = getFirstEntry(); 415 Map.Entry<K,V> result = exportEntry(p); 416 // 删除第一个节点 417 if (p != null) 418 deleteEntry(p); 419 return result; 420 } 421 422 // 获取最后一个节点，并将改节点从TreeMap中删除。 423 public Map.Entry<K,V> pollLastEntry() { 424 // 获取最后一个节点 425 Entry<K,V> p = getLastEntry(); 426 Map.Entry<K,V> result = exportEntry(p); 427 // 删除最后一个节点 428 if (p != null) 429 deleteEntry(p); 430 return result; 431 } 432 433 // 返回小于key的最大的键值对，没有的话返回null 434 public Map.Entry<K,V> lowerEntry(K key) { 435 return exportEntry(getLowerEntry(key)); 436 } 437 438 // 返回小于key的最大的键值对所对应的KEY，没有的话返回null 439 public K lowerKey(K key) { 440 return keyOrNull(getLowerEntry(key)); 441 } 442 443 // 返回不大于key的最大的键值对，没有的话返回null 444 public Map.Entry<K,V> floorEntry(K key) { 445 return exportEntry(getFloorEntry(key)); 446 } 447 448 // 返回不大于key的最大的键值对所对应的KEY，没有的话返回null 449 public K floorKey(K key) { 450 return keyOrNull(getFloorEntry(key)); 451 } 452 453 // 返回不小于key的最小的键值对，没有的话返回null 454 public Map.Entry<K,V> ceilingEntry(K key) { 455 return exportEntry(getCeilingEntry(key)); 456 } 457 458 // 返回不小于key的最小的键值对所对应的KEY，没有的话返回null 459 public K ceilingKey(K key) { 460 return keyOrNull(getCeilingEntry(key)); 461 } 462 463 // 返回大于key的最小的键值对，没有的话返回null 464 public Map.Entry<K,V> higherEntry(K key) { 465 return exportEntry(getHigherEntry(key)); 466 } 467 468 // 返回大于key的最小的键值对所对应的KEY，没有的话返回null 469 public K higherKey(K key) { 470 return keyOrNull(getHigherEntry(key)); 471 } 472 473 // TreeMap的红黑树节点对应的集合 474 private transient EntrySet entrySet = null; 475 // KeySet为KeySet导航类 476 private transient KeySet<K> navigableKeySet = null; 477 // descendingMap为键值对的倒序“映射” 478 private transient NavigableMap<K,V> descendingMap = null; 479 480 // 返回TreeMap的“键的集合” 481 public Set<K> keySet() { 482 return navigableKeySet(); 483 } 484 485 // 获取“可导航”的Key的集合 486 // 实际上是返回KeySet类的对象。 487 public NavigableSet<K> navigableKeySet() { 488 KeySet<K> nks = navigableKeySet; 489 return (nks != null) ? nks : (navigableKeySet = new KeySet(this)); 490 } 491 492 // 返回“TreeMap的值对应的集合” 493 public Collection<V> values() { 494 Collection<V> vs = values; 495 return (vs != null) ? vs : (values = new Values()); 496 } 497 498 // 获取TreeMap的Entry的集合，实际上是返回EntrySet类的对象。 499 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { 500 EntrySet es = entrySet; 501 return (es != null) ? es : (entrySet = new EntrySet()); 502 } 503 504 // 获取TreeMap的降序Map 505 // 实际上是返回DescendingSubMap类的对象 506 public NavigableMap<K, V> descendingMap() { 507 NavigableMap<K, V> km = descendingMap; 508 return (km != null) ? km : 509 (descendingMap = new DescendingSubMap(this, 510 true, null, true, 511 true, null, true)); 512 } 513 514 // 获取TreeMap的子Map 515 // 范围是从fromKey 到 toKey；fromInclusive是是否包含fromKey的标记，toInclusive是是否包含toKey的标记 516 public NavigableMap<K,V> subMap(K fromKey, boolean fromInclusive, 517 K toKey, boolean toInclusive) { 518 return new AscendingSubMap(this, 519 false, fromKey, fromInclusive, 520 false, toKey, toInclusive); 521 } 522 523 // 获取“Map的头部” 524 // 范围从第一个节点 到 toKey, inclusive是是否包含toKey的标记 525 public NavigableMap<K,V> headMap(K toKey, boolean inclusive) { 526 return new AscendingSubMap(this, 527 true, null, true, 528 false, toKey, inclusive); 529 } 530 531 // 获取“Map的尾部”。 532 // 范围是从 fromKey 到 最后一个节点，inclusive是是否包含fromKey的标记 533 public NavigableMap<K,V> tailMap(K fromKey, boolean inclusive) { 534 return new AscendingSubMap(this, 535 false, fromKey, inclusive, 536 true, null, true); 537 } 538 539 // 获取“子Map”。 540 // 范围是从fromKey(包括) 到 toKey(不包括) 541 public SortedMap<K,V> subMap(K fromKey, K toKey) { 542 return subMap(fromKey, true, toKey, false); 543 } 544 545 // 获取“Map的头部”。 546 // 范围从第一个节点 到 toKey(不包括) 547 public SortedMap<K,V> headMap(K toKey) { 548 return headMap(toKey, false); 549 } 550 551 // 获取“Map的尾部”。 552 // 范围是从 fromKey(包括) 到 最后一个节点 553 public SortedMap<K,V> tailMap(K fromKey) { 554 return tailMap(fromKey, true); 555 } 556 557 // ”TreeMap的值的集合“对应的类，它集成于AbstractCollection 558 class Values extends AbstractCollection<V> { 559 // 返回迭代器 560 public Iterator<V> iterator() { 561 return new ValueIterator(getFirstEntry()); 562 } 563 564 // 返回个数 565 public int size() { 566 return TreeMap.this.size(); 567 } 568 569 // "TreeMap的值的集合"中是否包含"对象o" 570 public boolean contains(Object o) { 571 return TreeMap.this.containsValue(o); 572 } 573 574 // 删除"TreeMap的值的集合"中的"对象o" 575 public boolean remove(Object o) { 576 for (Entry<K,V> e = getFirstEntry(); e != null; e = successor(e)) { 577 if (valEquals(e.getValue(), o)) { 578 deleteEntry(e); 579 return true; 580 } 581 } 582 return false; 583 } 584 585 // 清空删除"TreeMap的值的集合" 586 public void clear() { 587 TreeMap.this.clear(); 588 } 589 } 590 591 // EntrySet是“TreeMap的所有键值对组成的集合”， 592 // EntrySet集合的单位是单个“键值对”。 593 class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> { 594 public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { 595 return new EntryIterator(getFirstEntry()); 596 } 597 598 // EntrySet中是否包含“键值对Object” 599 public boolean contains(Object o) { 600 if (!(o instanceof Map.Entry)) 601 return false; 602 Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o; 603 V value = entry.getValue(); 604 Entry<K,V> p = getEntry(entry.getKey()); 605 return p != null && valEquals(p.getValue(), value); 606 } 607 608 // 删除EntrySet中的“键值对Object” 609 public boolean remove(Object o) { 610 if (!(o instanceof Map.Entry)) 611 return false; 612 Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o; 613 V value = entry.getValue(); 614 Entry<K,V> p = getEntry(entry.getKey()); 615 if (p != null && valEquals(p.getValue(), value)) { 616 deleteEntry(p); 617 return true; 618 } 619 return false; 620 } 621 622 // 返回EntrySet中元素个数 623 public int size() { 624 return TreeMap.this.size(); 625 } 626 627 // 清空EntrySet 628 public void clear() { 629 TreeMap.this.clear(); 630 } 631 } 632 633 // 返回“TreeMap的KEY组成的迭代器(顺序)” 634 Iterator<K> keyIterator() { 635 return new KeyIterator(getFirstEntry()); 636 } 637 638 // 返回“TreeMap的KEY组成的迭代器(逆序)” 639 Iterator<K> descendingKeyIterator() { 640 return new DescendingKeyIterator(getLastEntry()); 641 } 642 643 // KeySet是“TreeMap中所有的KEY组成的集合” 644 // KeySet继承于AbstractSet，而且实现了NavigableSet接口。 645 static final class KeySet<E> extends AbstractSet<E> implements NavigableSet<E> { 646 // NavigableMap成员，KeySet是通过NavigableMap实现的 647 private final NavigableMap<E, Object> m; 648 KeySet(NavigableMap<E,Object> map) { m = map; } 649 650 // 升序迭代器 651 public Iterator<E> iterator() { 652 // 若是TreeMap对象，则调用TreeMap的迭代器keyIterator() 653 // 否则，调用TreeMap子类NavigableSubMap的迭代器keyIterator() 654 if (m instanceof TreeMap) 655 return ((TreeMap<E,Object>)m).keyIterator(); 656 else 657 return (Iterator<E>)(((TreeMap.NavigableSubMap)m).keyIterator()); 658 } 659 660 // 降序迭代器 661 public Iterator<E> descendingIterator() { 662 // 若是TreeMap对象，则调用TreeMap的迭代器descendingKeyIterator() 663 // 否则，调用TreeMap子类NavigableSubMap的迭代器descendingKeyIterator() 664 if (m instanceof TreeMap) 665 return ((TreeMap<E,Object>)m).descendingKeyIterator(); 666 else 667 return (Iterator<E>)(((TreeMap.NavigableSubMap)m).descendingKeyIterator()); 668 } 669 670 public int size() { return m.size(); } 671 public boolean isEmpty() { return m.isEmpty(); } 672 public boolean contains(Object o) { return m.containsKey(o); } 673 public void clear() { m.clear(); } 674 public E lower(E e) { return m.lowerKey(e); } 675 public E floor(E e) { return m.floorKey(e); } 676 public E ceiling(E e) { return m.ceilingKey(e); } 677 public E higher(E e) { return m.higherKey(e); } 678 public E first() { return m.firstKey(); } 679 public E last() { return m.lastKey(); } 680 public Comparator<? super E> comparator() { return m.comparator(); } 681 public E pollFirst() { 682 Map.Entry<E,Object> e = m.pollFirstEntry(); 683 return e == null? null : e.getKey(); 684 } 685 public E pollLast() { 686 Map.Entry<E,Object> e = m.pollLastEntry(); 687 return e == null? null : e.getKey(); 688 } 689 public boolean remove(Object o) { 690 int oldSize = size(); 691 m.remove(o); 692 return size() != oldSize; 693 } 694 public NavigableSet<E> subSet(E fromElement, boolean fromInclusive, 695 E toElement, boolean toInclusive) { 696 return new TreeSet<E>(m.subMap(fromElement, fromInclusive, 697 toElement, toInclusive)); 698 } 699 public NavigableSet<E> headSet(E toElement, boolean inclusive) { 700 return new TreeSet<E>(m.headMap(toElement, inclusive)); 701 } 702 public NavigableSet<E> tailSet(E fromElement, boolean inclusive) { 703 return new TreeSet<E>(m.tailMap(fromElement, inclusive)); 704 } 705 public SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement) { 706 return subSet(fromElement, true, toElement, false); 707 } 708 public SortedSet<E> headSet(E toElement) { 709 return headSet(toElement, false); 710 } 711 public SortedSet<E> tailSet(E fromElement) { 712 return tailSet(fromElement, true); 713 } 714 public NavigableSet<E> descendingSet() { 715 return new TreeSet(m.descendingMap()); 716 } 717 } 718 719 // 它是TreeMap中的一个抽象迭代器，实现了一些通用的接口。 720 abstract class PrivateEntryIterator<T> implements Iterator<T> { 721 // 下一个元素 722 Entry<K,V> next; 723 // 上一次返回元素 724 Entry<K,V> lastReturned; 725 // 期望的修改次数，用于实现fast-fail机制 726 int expectedModCount; 727 728 PrivateEntryIterator(Entry<K,V> first) { 729 expectedModCount = modCount; 730 lastReturned = null; 731 next = first; 732 } 733 734 public final boolean hasNext() { 735 return next != null; 736 } 737 738 // 获取下一个节点 739 final Entry<K,V> nextEntry() { 740 Entry<K,V> e = next; 741 if (e == null) 742 throw new NoSuchElementException(); 743 if (modCount != expectedModCount) 744 throw new ConcurrentModificationException(); 745 next = successor(e); 746 lastReturned = e; 747 return e; 748 } 749 750 // 获取上一个节点 751 final Entry<K,V> prevEntry() { 752 Entry<K,V> e = next; 753 if (e == null) 754 throw new NoSuchElementException(); 755 if (modCount != expectedModCount) 756 throw new ConcurrentModificationException(); 757 next = predecessor(e); 758 lastReturned = e; 759 return e; 760 } 761 762 // 删除当前节点 763 public void remove() { 764 if (lastReturned == null) 765 throw new IllegalStateException(); 766 if (modCount != expectedModCount) 767 throw new ConcurrentModificationException(); 768 // 这里重点强调一下“为什么当lastReturned的左右孩子都不为空时，要将其赋值给next”。 769 // 目的是为了“删除lastReturned节点之后，next节点指向的仍然是下一个节点”。 770 // 根据“红黑树”的特性可知： 771 // 当被删除节点有两个儿子时。那么，首先把“它的后继节点的内容”复制给“该节点的内容”；之后，删除“它的后继节点”。 772 // 这意味着“当被删除节点有两个儿子时，删除当前节点之后，'新的当前节点'实际上是‘原有的后继节点(即下一个节点)’”。 773 // 而此时next仍然指向"新的当前节点"。也就是说next是仍然是指向下一个节点；能继续遍历红黑树。 774 if (lastReturned.left != null && lastReturned.right != null) 775 next = lastReturned; 776 deleteEntry(lastReturned); 777 expectedModCount = modCount; 778 lastReturned = null; 779 } 780 } 781 782 // TreeMap的Entry对应的迭代器 783 final class EntryIterator extends PrivateEntryIterator<Map.Entry<K,V>> { 784 EntryIterator(Entry<K,V> first) { 785 super(first); 786 } 787 public Map.Entry<K,V> next() { 788 return nextEntry(); 789 } 790 } 791 792 // TreeMap的Value对应的迭代器 793 final class ValueIterator extends PrivateEntryIterator<V> { 794 ValueIterator(Entry<K,V> first) { 795 super(first); 796 } 797 public V next() { 798 return nextEntry().value; 799 } 800 } 801 802 // reeMap的KEY组成的迭代器(顺序) 803 final class KeyIterator extends PrivateEntryIterator<K> { 804 KeyIterator(Entry<K,V> first) { 805 super(first); 806 } 807 public K next() { 808 return nextEntry().key; 809 } 810 } 811 812 // TreeMap的KEY组成的迭代器(逆序) 813 final class DescendingKeyIterator extends PrivateEntryIterator<K> { 814 DescendingKeyIterator(Entry<K,V> first) { 815 super(first); 816 } 817 public K next() { 818 return prevEntry().key; 819 } 820 } 821 822 // 比较两个对象的大小 823 final int compare(Object k1, Object k2) { 824 return comparator==null ? ((Comparable<? super K>)k1).compareTo((K)k2) 825 : comparator.compare((K)k1, (K)k2); 826 } 827 828 // 判断两个对象是否相等 829 final static boolean valEquals(Object o1, Object o2) { 830 return (o1==null ? o2==null : o1.equals(o2)); 831 } 832 833 // 返回“Key-Value键值对”的一个简单拷贝(AbstractMap.SimpleImmutableEntry<K,V>对象) 834 // 可用来读取“键值对”的值 835 static <K,V> Map.Entry<K,V> exportEntry(TreeMap.Entry<K,V> e) { 836 return e == null? null : 837 new AbstractMap.SimpleImmutableEntry<K,V>(e); 838 } 839 840 // 若“键值对”不为null，则返回KEY；否则，返回null 841 static <K,V> K keyOrNull(TreeMap.Entry<K,V> e) { 842 return e == null? null : e.key; 843 } 844 845 // 若“键值对”不为null，则返回KEY；否则，抛出异常 846 static <K> K key(Entry<K,?> e) { 847 if (e==null) 848 throw new NoSuchElementException(); 849 return e.key; 850 } 851 852 // TreeMap的SubMap，它一个抽象类，实现了公共操作。 853 // 它包括了"(升序)AscendingSubMap"和"(降序)DescendingSubMap"两个子类。 854 static abstract class NavigableSubMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> 855 implements NavigableMap<K,V>, java.io.Serializable { 856 // TreeMap的拷贝 857 final TreeMap<K,V> m; 858 // lo是“子Map范围的最小值”，hi是“子Map范围的最大值”； 859 // loInclusive是“是否包含lo的标记”，hiInclusive是“是否包含hi的标记” 860 // fromStart是“表示是否从第一个节点开始计算”， 861 // toEnd是“表示是否计算到最后一个节点 ” 862 final K lo, hi; 863 final boolean fromStart, toEnd; 864 final boolean loInclusive, hiInclusive; 865 866 // 构造函数 867 NavigableSubMap(TreeMap<K,V> m, 868 boolean fromStart, K lo, boolean loInclusive, 869 boolean toEnd, K hi, boolean hiInclusive) { 870 if (!fromStart && !toEnd) { 871 if (m.compare(lo, hi) > 0) 872 throw new IllegalArgumentException("fromKey > toKey"); 873 } else { 874 if (!fromStart) // type check 875 m.compare(lo, lo); 876 if (!toEnd) 877 m.compare(hi, hi); 878 } 879 880 this.m = m; 881 this.fromStart = fromStart; 882 this.lo = lo; 883 this.loInclusive = loInclusive; 884 this.toEnd = toEnd; 885 this.hi = hi; 886 this.hiInclusive = hiInclusive; 887 } 888 889 // 判断key是否太小 890 final boolean tooLow(Object key) { 891 // 若该SubMap不包括“起始节点”， 892 // 并且，“key小于最小键(lo)”或者“key等于最小键(lo)，但最小键却没包括在该SubMap内” 893 // 则判断key太小。其余情况都不是太小！ 894 if (!fromStart) { 895 int c = m.compare(key, lo); 896 if (c < 0 || (c == 0 && !loInclusive)) 897 return true; 898 } 899 return false; 900 } 901 902 // 判断key是否太大 903 final boolean tooHigh(Object key) { 904 // 若该SubMap不包括“结束节点”， 905 // 并且，“key大于最大键(hi)”或者“key等于最大键(hi)，但最大键却没包括在该SubMap内” 906 // 则判断key太大。其余情况都不是太大！ 907 if (!toEnd) { 908 int c = m.compare(key, hi); 909 if (c > 0 || (c == 0 && !hiInclusive)) 910 return true; 911 } 912 return false; 913 } 914 915 // 判断key是否在“lo和hi”开区间范围内 916 final boolean inRange(Object key) { 917 return !tooLow(key) && !tooHigh(key); 918 } 919 920 // 判断key是否在封闭区间内 921 final boolean inClosedRange(Object key) { 922 return (fromStart || m.compare(key, lo) >= 0) 923 && (toEnd || m.compare(hi, key) >= 0); 924 } 925 926 // 判断key是否在区间内, inclusive是区间开关标志 927 final boolean inRange(Object key, boolean inclusive) { 928 return inclusive ? inRange(key) : inClosedRange(key); 929 } 930 931 // 返回最低的Entry 932 final TreeMap.Entry<K,V> absLowest() { 933 // 若“包含起始节点”，则调用getFirstEntry()返回第一个节点 934 // 否则的话，若包括lo，则调用getCeilingEntry(lo)获取大于/等于lo的最小的Entry; 935 // 否则，调用getHigherEntry(lo)获取大于lo的最小Entry 936 TreeMap.Entry<K,V> e = 937 (fromStart ? m.getFirstEntry() : 938 (loInclusive ? m.getCeilingEntry(lo) : 939 m.getHigherEntry(lo))); 940 return (e == null || tooHigh(e.key)) ? null : e; 941 } 942 943 // 返回最高的Entry 944 final TreeMap.Entry<K,V> absHighest() { 945 // 若“包含结束节点”，则调用getLastEntry()返回最后一个节点 946 // 否则的话，若包括hi，则调用getFloorEntry(hi)获取小于/等于hi的最大的Entry; 947 // 否则，调用getLowerEntry(hi)获取大于hi的最大Entry 948 TreeMap.Entry<K,V> e = 949 TreeMap.Entry<K,V> e = 950 (toEnd ? m.getLastEntry() : 951 (hiInclusive ? m.getFloorEntry(hi) : 952 m.getLowerEntry(hi))); 953 return (e == null || tooLow(e.key)) ? null : e; 954 } 955 956 // 返回"大于/等于key的最小的Entry" 957 final TreeMap.Entry<K,V> absCeiling(K key) { 958 // 只有在“key太小”的情况下，absLowest()返回的Entry才是“大于/等于key的最小Entry” 959 // 其它情况下不行。例如，当包含“起始节点”时，absLowest()返回的是最小Entry了！ 960 if (tooLow(key)) 961 return absLowest(); 962 // 获取“大于/等于key的最小Entry” 963 TreeMap.Entry<K,V> e = m.getCeilingEntry(key); 964 return (e == null || tooHigh(e.key)) ? null : e; 965 } 966 967 // 返回"大于key的最小的Entry" 968 final TreeMap.Entry<K,V> absHigher(K key) { 969 // 只有在“key太小”的情况下，absLowest()返回的Entry才是“大于key的最小Entry” 970 // 其它情况下不行。例如，当包含“起始节点”时，absLowest()返回的是最小Entry了,而不一定是“大于key的最小Entry”！ 971 if (tooLow(key)) 972 return absLowest(); 973 // 获取“大于key的最小Entry” 974 TreeMap.Entry<K,V> e = m.getHigherEntry(key); 975 return (e == null || tooHigh(e.key)) ? null : e; 976 } 977 978 // 返回"小于/等于key的最大的Entry" 979 final TreeMap.Entry<K,V> absFloor(K key) { 980 // 只有在“key太大”的情况下，(absHighest)返回的Entry才是“小于/等于key的最大Entry” 981 // 其它情况下不行。例如，当包含“结束节点”时，absHighest()返回的是最大Entry了！ 982 if (tooHigh(key)) 983 return absHighest(); 984 // 获取"小于/等于key的最大的Entry" 985 TreeMap.Entry<K,V> e = m.getFloorEntry(key); 986 return (e == null || tooLow(e.key)) ? null : e; 987 } 988 989 // 返回"小于key的最大的Entry" 990 final TreeMap.Entry<K,V> absLower(K key) { 991 // 只有在“key太大”的情况下，(absHighest)返回的Entry才是“小于key的最大Entry” 992 // 其它情况下不行。例如，当包含“结束节点”时，absHighest()返回的是最大Entry了,而不一定是“小于key的最大Entry”！ 993 if (tooHigh(key)) 994 return absHighest(); 995 // 获取"小于key的最大的Entry" 996 TreeMap.Entry<K,V> e = m.getLowerEntry(key); 997 return (e == null || tooLow(e.key)) ? null : e; 998 } 999 1000 // 返回“大于最大节点中的最小节点”，不存在的话，返回null 1001 final TreeMap.Entry<K,V> absHighFence() { 1002 return (toEnd ? null : (hiInclusive ? 1003 m.getHigherEntry(hi) : 1004 m.getCeilingEntry(hi))); 1005 } 1006 1007 // 返回“小于最小节点中的最大节点”，不存在的话，返回null 1008 final TreeMap.Entry<K,V> absLowFence() { 1009 return (fromStart ? null : (loInclusive ? 1010 m.getLowerEntry(lo) : 1011 m.getFloorEntry(lo))); 1012 } 1013 1014 // 下面几个abstract方法是需要NavigableSubMap的实现类实现的方法 1015 abstract TreeMap.Entry<K,V> subLowest(); 1016 abstract TreeMap.Entry<K,V> subHighest(); 1017 abstract TreeMap.Entry<K,V> subCeiling(K key); 1018 abstract TreeMap.Entry<K,V> subHigher(K key); 1019 abstract TreeMap.Entry<K,V> subFloor(K key); 1020 abstract TreeMap.Entry<K,V> subLower(K key); 1021 // 返回“顺序”的键迭代器 1022 abstract Iterator<K> keyIterator(); 1023 // 返回“逆序”的键迭代器 1024 abstract Iterator<K> descendingKeyIterator(); 1025 1026 // 返回SubMap是否为空。空的话，返回true，否则返回false 1027 public boolean isEmpty() { 1028 return (fromStart && toEnd) ? m.isEmpty() : entrySet().isEmpty(); 1029 } 1030 1031 // 返回SubMap的大小 1032 public int size() { 1033 return (fromStart && toEnd) ? m.size() : entrySet().size(); 1034 } 1035 1036 // 返回SubMap是否包含键key 1037 public final boolean containsKey(Object key) { 1038 return inRange(key) && m.containsKey(key); 1039 } 1040 1041 // 将key-value 插入SubMap中 1042 public final V put(K key, V value) { 1043 if (!inRange(key)) 1044 throw new IllegalArgumentException("key out of range"); 1045 return m.put(key, value); 1046 } 1047 1048 // 获取key对应值 1049 public final V get(Object key) { 1050 return !inRange(key)? null : m.get(key); 1051 } 1052 1053 // 删除key对应的键值对 1054 public final V remove(Object key) { 1055 return !inRange(key)? null : m.remove(key); 1056 } 1057 1058 // 获取“大于/等于key的最小键值对” 1059 public final Map.Entry<K,V> ceilingEntry(K key) { 1060 return exportEntry(subCeiling(key)); 1061 } 1062 1063 // 获取“大于/等于key的最小键” 1064 public final K ceilingKey(K key) { 1065 return keyOrNull(subCeiling(key)); 1066 } 1067 1068 // 获取“大于key的最小键值对” 1069 public final Map.Entry<K,V> higherEntry(K key) { 1070 return exportEntry(subHigher(key)); 1071 } 1072 1073 // 获取“大于key的最小键” 1074 public final K higherKey(K key) { 1075 return keyOrNull(subHigher(key)); 1076 } 1077 1078 // 获取“小于/等于key的最大键值对” 1079 public final Map.Entry<K,V> floorEntry(K key) { 1080 return exportEntry(subFloor(key)); 1081 } 1082 1083 // 获取“小于/等于key的最大键” 1084 public final K floorKey(K key) { 1085 return keyOrNull(subFloor(key)); 1086 } 1087 1088 // 获取“小于key的最大键值对” 1089 public final Map.Entry<K,V> lowerEntry(K key) { 1090 return exportEntry(subLower(key)); 1091 } 1092 1093 // 获取“小于key的最大键” 1094 public final K lowerKey(K key) { 1095 return keyOrNull(subLower(key)); 1096 } 1097 1098 // 获取"SubMap的第一个键" 1099 public final K firstKey() { 1100 return key(subLowest()); 1101 } 1102 1103 // 获取"SubMap的最后一个键" 1104 public final K lastKey() { 1105 return key(subHighest()); 1106 } 1107 1108 // 获取"SubMap的第一个键值对" 1109 public final Map.Entry<K,V> firstEntry() { 1110 return exportEntry(subLowest()); 1111 } 1112 1113 // 获取"SubMap的最后一个键值对" 1114 public final Map.Entry<K,V> lastEntry() { 1115 return exportEntry(subHighest()); 1116 } 1117 1118 // 返回"SubMap的第一个键值对"，并从SubMap中删除改键值对 1119 public final Map.Entry<K,V> pollFirstEntry() { 1120 TreeMap.Entry<K,V> e = subLowest(); 1121 Map.Entry<K,V> result = exportEntry(e); 1122 if (e != null) 1123 m.deleteEntry(e); 1124 return result; 1125 } 1126 1127 // 返回"SubMap的最后一个键值对"，并从SubMap中删除改键值对 1128 public final Map.Entry<K,V> pollLastEntry() { 1129 TreeMap.Entry<K,V> e = subHighest(); 1130 Map.Entry<K,V> result = exportEntry(e); 1131 if (e != null) 1132 m.deleteEntry(e); 1133 return result; 1134 } 1135 1136 // Views 1137 transient NavigableMap<K,V> descendingMapView = null; 1138 transient EntrySetView entrySetView = null; 1139 transient KeySet<K> navigableKeySetView = null; 1140 1141 // 返回NavigableSet对象，实际上返回的是当前对象的"Key集合"。 1142 public final NavigableSet<K> navigableKeySet() { 1143 KeySet<K> nksv = navigableKeySetView; 1144 return (nksv != null) ? nksv : 1145 (navigableKeySetView = new TreeMap.KeySet(this)); 1146 } 1147 1148 // 返回"Key集合"对象 1149 public final Set<K> keySet() { 1150 return navigableKeySet(); 1151 } 1152 1153 // 返回“逆序”的Key集合 1154 public NavigableSet<K> descendingKeySet() { 1155 return descendingMap().navigableKeySet(); 1156 } 1157 1158 // 排列fromKey(包含) 到 toKey(不包含) 的子map 1159 public final SortedMap<K,V> subMap(K fromKey, K toKey) { 1160 return subMap(fromKey, true, toKey, false); 1161 } 1162 1163 // 返回当前Map的头部(从第一个节点 到 toKey, 不包括toKey) 1164 public final SortedMap<K,V> headMap(K toKey) { 1165 return headMap(toKey, false); 1166 } 1167 1168 // 返回当前Map的尾部[从 fromKey(包括fromKeyKey) 到 最后一个节点] 1169 public final SortedMap<K,V> tailMap(K fromKey) { 1170 return tailMap(fromKey, true); 1171 } 1172 1173 // Map的Entry的集合 1174 abstract class EntrySetView extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> { 1175 private transient int size = -1, sizeModCount; 1176 1177 // 获取EntrySet的大小 1178 public int size() { 1179 // 若SubMap是从“开始节点”到“结尾节点”，则SubMap大小就是原TreeMap的大小 1180 if (fromStart && toEnd) 1181 return m.size(); 1182 // 若SubMap不是从“开始节点”到“结尾节点”，则调用iterator()遍历EntrySetView中的元素 1183 if (size == -1 || sizeModCount != m.modCount) { 1184 sizeModCount = m.modCount; 1185 size = 0; 1186 Iterator i = iterator(); 1187 while (i.hasNext()) { 1188 size++; 1189 i.next(); 1190 } 1191 } 1192 return size; 1193 } 1194 1195 // 判断EntrySetView是否为空 1196 public boolean isEmpty() { 1197 TreeMap.Entry<K,V> n = absLowest(); 1198 return n == null || tooHigh(n.key); 1199 } 1200 1201 // 判断EntrySetView是否包含Object 1202 public boolean contains(Object o) { 1203 if (!(o instanceof Map.Entry)) 1204 return false; 1205 Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o; 1206 K key = entry.getKey(); 1207 if (!inRange(key)) 1208 return false; 1209 TreeMap.Entry node = m.getEntry(key); 1210 return node != null && 1211 valEquals(node.getValue(), entry.getValue()); 1212 } 1213 1214 // 从EntrySetView中删除Object 1215 public boolean remove(Object o) { 1216 if (!(o instanceof Map.Entry)) 1217 return false; 1218 Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o; 1219 K key = entry.getKey(); 1220 if (!inRange(key)) 1221 return false; 1222 TreeMap.Entry<K,V> node = m.getEntry(key); 1223 if (node!=null && valEquals(node.getValue(),entry.getValue())){ 1224 m.deleteEntry(node); 1225 return true; 1226 } 1227 return false; 1228 } 1229 } 1230 1231 // SubMap的迭代器 1232 abstract class SubMapIterator<T> implements Iterator<T> { 1233 // 上一次被返回的Entry 1234 TreeMap.Entry<K,V> lastReturned; 1235 // 指向下一个Entry 1236 TreeMap.Entry<K,V> next; 1237 // “栅栏key”。根据SubMap是“升序”还是“降序”具有不同的意义 1238 final K fenceKey; 1239 int expectedModCount; 1240 1241 // 构造函数 1242 SubMapIterator(TreeMap.Entry<K,V> first, 1243 TreeMap.Entry<K,V> fence) { 1244 // 每创建一个SubMapIterator时，保存修改次数 1245 // 若后面发现expectedModCount和modCount不相等，则抛出ConcurrentModificationException异常。 1246 // 这就是所说的fast-fail机制的原理！ 1247 expectedModCount = m.modCount; 1248 lastReturned = null; 1249 next = first; 1250 fenceKey = fence == null ? null : fence.key; 1251 } 1252 1253 // 是否存在下一个Entry 1254 public final boolean hasNext() { 1255 return next != null && next.key != fenceKey; 1256 } 1257 1258 // 返回下一个Entry 1259 final TreeMap.Entry<K,V> nextEntry() { 1260 TreeMap.Entry<K,V> e = next; 1261 if (e == null || e.key == fenceKey) 1262 throw new NoSuchElementException(); 1263 if (m.modCount != expectedModCount) 1264 throw new ConcurrentModificationException(); 1265 // next指向e的后继节点 1266 next = successor(e); 1267 lastReturned = e; 1268 return e; 1269 } 1270 1271 // 返回上一个Entry 1272 final TreeMap.Entry<K,V> prevEntry() { 1273 TreeMap.Entry<K,V> e = next; 1274 if (e == null || e.key == fenceKey) 1275 throw new NoSuchElementException(); 1276 if (m.modCount != expectedModCount) 1277 throw new ConcurrentModificationException(); 1278 // next指向e的前继节点 1279 next = predecessor(e); 1280 lastReturned = e; 1281 return e; 1282 } 1283 1284 // 删除当前节点(用于“升序的SubMap”)。 1285 // 删除之后，可以继续升序遍历；红黑树特性没变。 1286 final void removeAscending() { 1287 if (lastReturned == null) 1288 throw new IllegalStateException(); 1289 if (m.modCount != expectedModCount) 1290 throw new ConcurrentModificationException(); 1291 // 这里重点强调一下“为什么当lastReturned的左右孩子都不为空时，要将其赋值给next”。 1292 // 目的是为了“删除lastReturned节点之后，next节点指向的仍然是下一个节点”。 1293 // 根据“红黑树”的特性可知： 1294 // 当被删除节点有两个儿子时。那么，首先把“它的后继节点的内容”复制给“该节点的内容”；之后，删除“它的后继节点”。 1295 // 这意味着“当被删除节点有两个儿子时，删除当前节点之后，'新的当前节点'实际上是‘原有的后继节点(即下一个节点)’”。 1296 // 而此时next仍然指向"新的当前节点"。也就是说next是仍然是指向下一个节点；能继续遍历红黑树。 1297 if (lastReturned.left != null && lastReturned.right != null) 1298 next = lastReturned; 1299 m.deleteEntry(lastReturned); 1300 lastReturned = null; 1301 expectedModCount = m.modCount; 1302 } 1303 1304 // 删除当前节点(用于“降序的SubMap”)。 1305 // 删除之后，可以继续降序遍历；红黑树特性没变。 1306 final void removeDescending() { 1307 if (lastReturned == null) 1308 throw new IllegalStateException(); 1309 if (m.modCount != expectedModCount) 1310 throw new ConcurrentModificationException(); 1311 m.deleteEntry(lastReturned); 1312 lastReturned = null; 1313 expectedModCount = m.modCount; 1314 } 1315 1316 } 1317 1318 // SubMap的Entry迭代器，它只支持升序操作，继承于SubMapIterator 1319 final class SubMapEntryIterator extends SubMapIterator<Map.Entry<K,V>> { 1320 SubMapEntryIterator(TreeMap.Entry<K,V> first, 1321 TreeMap.Entry<K,V> fence) { 1322 super(first, fence); 1323 } 1324 // 获取下一个节点(升序) 1325 public Map.Entry<K,V> next() { 1326 return nextEntry(); 1327 } 1328 // 删除当前节点(升序) 1329 public void remove() { 1330 removeAscending(); 1331 } 1332 } 1333 1334 // SubMap的Key迭代器，它只支持升序操作，继承于SubMapIterator 1335 final class SubMapKeyIterator extends SubMapIterator<K> { 1336 SubMapKeyIterator(TreeMap.Entry<K,V> first, 1337 TreeMap.Entry<K,V> fence) { 1338 super(first, fence); 1339 } 1340 // 获取下一个节点(升序) 1341 public K next() { 1342 return nextEntry().key; 1343 } 1344 // 删除当前节点(升序) 1345 public void remove() { 1346 removeAscending(); 1347 } 1348 } 1349 1350 // 降序SubMap的Entry迭代器，它只支持降序操作，继承于SubMapIterator 1351 final class DescendingSubMapEntryIterator extends SubMapIterator<Map.Entry<K,V>> { 1352 DescendingSubMapEntryIterator(TreeMap.Entry<K,V> last, 1353 TreeMap.Entry<K,V> fence) { 1354 super(last, fence); 1355 } 1356 1357 // 获取下一个节点(降序) 1358 public Map.Entry<K,V> next() { 1359 return prevEntry(); 1360 } 1361 // 删除当前节点(降序) 1362 public void remove() { 1363 removeDescending(); 1364 } 1365 } 1366 1367 // 降序SubMap的Key迭代器，它只支持降序操作，继承于SubMapIterator 1368 final class DescendingSubMapKeyIterator extends SubMapIterator<K> { 1369 DescendingSubMapKeyIterator(TreeMap.Entry<K,V> last, 1370 TreeMap.Entry<K,V> fence) { 1371 super(last, fence); 1372 } 1373 // 获取下一个节点(降序) 1374 public K next() { 1375 return prevEntry().key; 1376 } 1377 // 删除当前节点(降序) 1378 public void remove() { 1379 removeDescending(); 1380 } 1381 } 1382 } 1383 1384 1385 // 升序的SubMap，继承于NavigableSubMap 1386 static final class AscendingSubMap<K,V> extends NavigableSubMap<K,V> { 1387 private static final long serialVersionUID = 912986545866124060L; 1388 1389 // 构造函数 1390 AscendingSubMap(TreeMap<K,V> m, 1391 boolean fromStart, K lo, boolean loInclusive, 1392 boolean toEnd, K hi, boolean hiInclusive) { 1393 super(m, fromStart, lo, loInclusive, toEnd, hi, hiInclusive); 1394 } 1395 1396 // 比较器 1397 public Comparator<? super K> comparator() { 1398 return m.comparator(); 1399 } 1400 1401 // 获取“子Map”。 1402 // 范围是从fromKey 到 toKey；fromInclusive是是否包含fromKey的标记，toInclusive是是否包含toKey的标记 1403 public NavigableMap<K,V> subMap(K fromKey, boolean fromInclusive, 1404 K toKey, boolean toInclusive) { 1405 if (!inRange(fromKey, fromInclusive)) 1406 throw new IllegalArgumentException("fromKey out of range"); 1407 if (!inRange(toKey, toInclusive)) 1408 throw new IllegalArgumentException("toKey out of range"); 1409 return new AscendingSubMap(m, 1410 false, fromKey, fromInclusive, 1411 false, toKey, toInclusive); 1412 } 1413 1414 // 获取“Map的头部”。 1415 // 范围从第一个节点 到 toKey, inclusive是是否包含toKey的标记 1416 public NavigableMap<K,V> headMap(K toKey, boolean inclusive) { 1417 if (!inRange(toKey, inclusive)) 1418 throw new IllegalArgumentException("toKey out of range"); 1419 return new AscendingSubMap(m, 1420 fromStart, lo, loInclusive, 1421 false, toKey, inclusive); 1422 } 1423 1424 // 获取“Map的尾部”。 1425 // 范围是从 fromKey 到 最后一个节点，inclusive是是否包含fromKey的标记 1426 public NavigableMap<K,V> tailMap(K fromKey, boolean inclusive){ 1427 if (!inRange(fromKey, inclusive)) 1428 throw new IllegalArgumentException("fromKey out of range"); 1429 return new AscendingSubMap(m, 1430 false, fromKey, inclusive, 1431 toEnd, hi, hiInclusive); 1432 } 1433 1434 // 获取对应的降序Map 1435 public NavigableMap<K,V> descendingMap() { 1436 NavigableMap<K,V> mv = descendingMapView; 1437 return (mv != null) ? mv : 1438 (descendingMapView = 1439 new DescendingSubMap(m, 1440 fromStart, lo, loInclusive, 1441 toEnd, hi, hiInclusive)); 1442 } 1443 1444 // 返回“升序Key迭代器” 1445 Iterator<K> keyIterator() { 1446 return new SubMapKeyIterator(absLowest(), absHighFence()); 1447 } 1448 1449 // 返回“降序Key迭代器” 1450 Iterator<K> descendingKeyIterator() { 1451 return new DescendingSubMapKeyIterator(absHighest(), absLowFence()); 1452 } 1453 1454 // “升序EntrySet集合”类 1455 // 实现了iterator() 1456 final class AscendingEntrySetView extends EntrySetView { 1457 public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { 1458 return new SubMapEntryIterator(absLowest(), absHighFence()); 1459 } 1460 } 1461 1462 // 返回“升序EntrySet集合” 1463 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { 1464 EntrySetView es = entrySetView; 1465 return (es != null) ? es : new AscendingEntrySetView(); 1466 } 1467 1468 TreeMap.Entry<K,V> subLowest() { return absLowest(); } 1469 TreeMap.Entry<K,V> subHighest() { return absHighest(); } 1470 TreeMap.Entry<K,V> subCeiling(K key) { return absCeiling(key); } 1471 TreeMap.Entry<K,V> subHigher(K key) { return absHigher(key); } 1472 TreeMap.Entry<K,V> subFloor(K key) { return absFloor(key); } 1473 TreeMap.Entry<K,V> subLower(K key) { return absLower(key); } 1474 } 1475 1476 // 降序的SubMap，继承于NavigableSubMap 1477 // 相比于升序SubMap，它的实现机制是将“SubMap的比较器反转”！ 1478 static final class DescendingSubMap<K,V> extends NavigableSubMap<K,V> { 1479 private static final long serialVersionUID = 912986545866120460L; 1480 DescendingSubMap(TreeMap<K,V> m, 1481 boolean fromStart, K lo, boolean loInclusive, 1482 boolean toEnd, K hi, boolean hiInclusive) { 1483 super(m, fromStart, lo, loInclusive, toEnd, hi, hiInclusive); 1484 } 1485 1486 // 反转的比较器：是将原始比较器反转得到的。 1487 private final Comparator<? super K> reverseComparator = 1488 Collections.reverseOrder(m.comparator); 1489 1490 // 获取反转比较器 1491 public Comparator<? super K> comparator() { 1492 return reverseComparator; 1493 } 1494 1495 // 获取“子Map”。 1496 // 范围是从fromKey 到 toKey；fromInclusive是是否包含fromKey的标记，toInclusive是是否包含toKey的标记 1497 public NavigableMap<K,V> subMap(K fromKey, boolean fromInclusive, 1498 K toKey, boolean toInclusive) { 1499 if (!inRange(fromKey, fromInclusive)) 1500 throw new IllegalArgumentException("fromKey out of range"); 1501 if (!inRange(toKey, toInclusive)) 1502 throw new IllegalArgumentException("toKey out of range"); 1503 return new DescendingSubMap(m, 1504 false, toKey, toInclusive, 1505 false, fromKey, fromInclusive); 1506 } 1507 1508 // 获取“Map的头部”。 1509 // 范围从第一个节点 到 toKey, inclusive是是否包含toKey的标记 1510 public NavigableMap<K,V> headMap(K toKey, boolean inclusive) { 1511 if (!inRange(toKey, inclusive)) 1512 throw new IllegalArgumentException("toKey out of range"); 1513 return new DescendingSubMap(m, 1514 false, toKey, inclusive, 1515 toEnd, hi, hiInclusive); 1516 } 1517 1518 // 获取“Map的尾部”。 1519 // 范围是从 fromKey 到 最后一个节点，inclusive是是否包含fromKey的标记 1520 public NavigableMap<K,V> tailMap(K fromKey, boolean inclusive){ 1521 if (!inRange(fromKey, inclusive)) 1522 throw new IllegalArgumentException("fromKey out of range"); 1523 return new DescendingSubMap(m, 1524 fromStart, lo, loInclusive, 1525 false, fromKey, inclusive); 1526 } 1527 1528 // 获取对应的降序Map 1529 public NavigableMap<K,V> descendingMap() { 1530 NavigableMap<K,V> mv = descendingMapView; 1531 return (mv != null) ? mv : 1532 (descendingMapView = 1533 new AscendingSubMap(m, 1534 fromStart, lo, loInclusive, 1535 toEnd, hi, hiInclusive)); 1536 } 1537 1538 // 返回“升序Key迭代器” 1539 Iterator<K> keyIterator() { 1540 return new DescendingSubMapKeyIterator(absHighest(), absLowFence()); 1541 } 1542 1543 // 返回“降序Key迭代器” 1544 Iterator<K> descendingKeyIterator() { 1545 return new SubMapKeyIterator(absLowest(), absHighFence()); 1546 } 1547 1548 // “降序EntrySet集合”类 1549 // 实现了iterator() 1550 final class DescendingEntrySetView extends EntrySetView { 1551 public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { 1552 return new DescendingSubMapEntryIterator(absHighest(), absLowFence()); 1553 } 1554 } 1555 1556 // 返回“降序EntrySet集合” 1557 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { 1558 EntrySetView es = entrySetView; 1559 return (es != null) ? es : new DescendingEntrySetView(); 1560 } 1561 1562 TreeMap.Entry<K,V> subLowest() { return absHighest(); } 1563 TreeMap.Entry<K,V> subHighest() { return absLowest(); } 1564 TreeMap.Entry<K,V> subCeiling(K key) { return absFloor(key); } 1565 TreeMap.Entry<K,V> subHigher(K key) { return absLower(key); } 1566 TreeMap.Entry<K,V> subFloor(K key) { return absCeiling(key); } 1567 TreeMap.Entry<K,V> subLower(K key) { return absHigher(key); } 1568 } 1569 1570 // SubMap是旧版本的类，新的Java中没有用到。 1571 private class SubMap extends AbstractMap<K,V> 1572 implements SortedMap<K,V>, java.io.Serializable { 1573 private static final long serialVersionUID = -6520786458950516097L; 1574 private boolean fromStart = false, toEnd = false; 1575 private K fromKey, toKey; 1576 private Object readResolve() { 1577 return new AscendingSubMap(TreeMap.this, 1578 fromStart, fromKey, true, 1579 toEnd, toKey, false); 1580 } 1581 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { throw new InternalError(); } 1582 public K lastKey() { throw new InternalError(); } 1583 public K firstKey() { throw new InternalError(); } 1584 public SortedMap<K,V> subMap(K fromKey, K toKey) { throw new InternalError(); } 1585 public SortedMap<K,V> headMap(K toKey) { throw new InternalError(); } 1586 public SortedMap<K,V> tailMap(K fromKey) { throw new InternalError(); } 1587 public Comparator<? super K> comparator() { throw new InternalError(); } 1588 } 1589 1590 1591 // 红黑树的节点颜色--红色 1592 private static final boolean RED = false; 1593 // 红黑树的节点颜色--黑色 1594 private static final boolean BLACK = true; 1595 1596 // “红黑树的节点”对应的类。 1597 // 包含了 key(键)、value(值)、left(左孩子)、right(右孩子)、parent(父节点)、color(颜色) 1598 static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { 1599 // 键 1600 K key; 1601 // 值 1602 V value; 1603 // 左孩子 1604 Entry<K,V> left = null; 1605 // 右孩子 1606 Entry<K,V> right = null; 1607 // 父节点 1608 Entry<K,V> parent; 1609 // 当前节点颜色 1610 boolean color = BLACK; 1611 1612 // 构造函数 1613 Entry(K key, V value, Entry<K,V> parent) { 1614 this.key = key; 1615 this.value = value; 1616 this.parent = parent; 1617 } 1618 1619 // 返回“键” 1620 public K getKey() { 1621 return key; 1622 } 1623 1624 // 返回“值” 1625 public V getValue() { 1626 return value; 1627 } 1628 1629 // 更新“值”，返回旧的值 1630 public V setValue(V value) { 1631 V oldValue = this.value; 1632 this.value = value; 1633 return oldValue; 1634 } 1635 1636 // 判断两个节点是否相等的函数，覆盖equals()函数。 1637 // 若两个节点的“key相等”并且“value相等”，则两个节点相等 1638 public boolean equals(Object o) { 1639 if (!(o instanceof Map.Entry)) 1640 return false; 1641 Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o; 1642 1643 return valEquals(key,e.getKey()) && valEquals(value,e.getValue()); 1644 } 1645 1646 // 覆盖hashCode函数。 1647 public int hashCode() { 1648 int keyHash = (key==null ? 0 : key.hashCode()); 1649 int valueHash = (value==null ? 0 : value.hashCode()); 1650 return keyHash ^ valueHash; 1651 } 1652 1653 // 覆盖toString()函数。 1654 public String toString() { 1655 return key + "=" + value; 1656 } 1657 } 1658 1659 // 返回“红黑树的第一个节点” 1660 final Entry<K,V> getFirstEntry() { 1661 Entry<K,V> p = root; 1662 if (p != null) 1663 while (p.left != null) 1664 p = p.left; 1665 return p; 1666 } 1667 1668 // 返回“红黑树的最后一个节点” 1669 final Entry<K,V> getLastEntry() { 1670 Entry<K,V> p = root; 1671 if (p != null) 1672 while (p.right != null) 1673 p = p.right; 1674 return p; 1675 } 1676 1677 // 返回“节点t的后继节点” 1678 static <K,V> TreeMap.Entry<K,V> successor(Entry<K,V> t) { 1679 if (t == null) 1680 return null; 1681 else if (t.right != null) { 1682 Entry<K,V> p = t.right; 1683 while (p.left != null) 1684 p = p.left; 1685 return p; 1686 } else { 1687 Entry<K,V> p = t.parent; 1688 Entry<K,V> ch = t; 1689 while (p != null && ch == p.right) { 1690 ch = p; 1691 p = p.parent; 1692 } 1693 return p; 1694 } 1695 } 1696 1697 // 返回“节点t的前继节点” 1698 static <K,V> Entry<K,V> predecessor(Entry<K,V> t) { 1699 if (t == null) 1700 return null; 1701 else if (t.left != null) { 1702 Entry<K,V> p = t.left; 1703 while (p.right != null) 1704 p = p.right; 1705 return p; 1706 } else { 1707 Entry<K,V> p = t.parent; 1708 Entry<K,V> ch = t; 1709 while (p != null && ch == p.left) { 1710 ch = p; 1711 p = p.parent; 1712 } 1713 return p; 1714 } 1715 } 1716 1717 // 返回“节点p的颜色” 1718 // 根据“红黑树的特性”可知：空节点颜色是黑色。 1719 private static <K,V> boolean colorOf(Entry<K,V> p) { 1720 return (p == null ? BLACK : p.color); 1721 } 1722 1723 // 返回“节点p的父节点” 1724 private static <K,V> Entry<K,V> parentOf(Entry<K,V> p) { 1725 return (p == null ? null: p.parent); 1726 } 1727 1728 // 设置“节点p的颜色为c” 1729 private static <K,V> void setColor(Entry<K,V> p, boolean c) { 1730 if (p != null) 1731 p.color = c; 1732 } 1733 1734 // 设置“节点p的左孩子” 1735 private static <K,V> Entry<K,V> leftOf(Entry<K,V> p) { 1736 return (p == null) ? null: p.left; 1737 } 1738 1739 // 设置“节点p的右孩子” 1740 private static <K,V> Entry<K,V> rightOf(Entry<K,V> p) { 1741 return (p == null) ? null: p.right; 1742 } 1743 1744 // 对节点p执行“左旋”操作 1745 private void rotateLeft(Entry<K,V> p) { 1746 if (p != null) { 1747 Entry<K,V> r = p.right; 1748 p.right = r.left; 1749 if (r.left != null) 1750 r.left.parent = p; 1751 r.parent = p.parent; 1752 if (p.parent == null) 1753 root = r; 1754 else if (p.parent.left == p) 1755 p.parent.left = r; 1756 else 1757 p.parent.right = r; 1758 r.left = p; 1759 p.parent = r; 1760 } 1761 } 1762 1763 // 对节点p执行“右旋”操作 1764 private void rotateRight(Entry<K,V> p) { 1765 if (p != null) { 1766 Entry<K,V> l = p.left; 1767 p.left = l.right; 1768 if (l.right != null) l.right.parent = p; 1769 l.parent = p.parent; 1770 if (p.parent == null) 1771 root = l; 1772 else if (p.parent.right == p) 1773 p.parent.right = l; 1774 else p.parent.left = l; 1775 l.right = p; 1776 p.parent = l; 1777 } 1778 } 1779 1780 // 插入之后的修正操作。 1781 // 目的是保证：红黑树插入节点之后，仍然是一颗红黑树 1782 private void fixAfterInsertion(Entry<K,V> x) { 1783 x.color = RED; 1784 1785 while (x != null && x != root && x.parent.color == RED) { 1786 if (parentOf(x) == leftOf(parentOf(parentOf(x)))) { 1787 Entry<K,V> y = rightOf(parentOf(parentOf(x))); 1788 if (colorOf(y) == RED) { 1789 setColor(parentOf(x), BLACK); 1790 setColor(y, BLACK); 1791 setColor(parentOf(parentOf(x)), RED); 1792 x = parentOf(parentOf(x)); 1793 } else { 1794 if (x == rightOf(parentOf(x))) { 1795 x = parentOf(x); 1796 rotateLeft(x); 1797 } 1798 setColor(parentOf(x), BLACK); 1799 setColor(parentOf(parentOf(x)), RED); 1800 rotateRight(parentOf(parentOf(x))); 1801 } 1802 } else { 1803 Entry<K,V> y = leftOf(parentOf(parentOf(x))); 1804 if (colorOf(y) == RED) { 1805 setColor(parentOf(x), BLACK); 1806 setColor(y, BLACK); 1807 setColor(parentOf(parentOf(x)), RED); 1808 x = parentOf(parentOf(x)); 1809 } else { 1810 if (x == leftOf(parentOf(x))) { 1811 x = parentOf(x); 1812 rotateRight(x); 1813 } 1814 setColor(parentOf(x), BLACK); 1815 setColor(parentOf(parentOf(x)), RED); 1816 rotateLeft(parentOf(parentOf(x))); 1817 } 1818 } 1819 } 1820 root.color = BLACK; 1821 } 1822 1823 // 删除“红黑树的节点p” 1824 private void deleteEntry(Entry<K,V> p) { 1825 modCount++; 1826 size--; 1827 1828 // If strictly internal, copy successor's element to p and then make p 1829 // point to successor. 1830 if (p.left != null && p.right != null) { 1831 Entry<K,V> s = successor (p); 1832 p.key = s.key; 1833 p.value = s.value; 1834 p = s; 1835 } // p has 2 children 1836 1837 // Start fixup at replacement node, if it exists. 1838 Entry<K,V> replacement = (p.left != null ? p.left : p.right); 1839 1840 if (replacement != null) { 1841 // Link replacement to parent 1842 replacement.parent = p.parent; 1843 if (p.parent == null) 1844 root = replacement; 1845 else if (p == p.parent.left) 1846 p.parent.left = replacement; 1847 else 1848 p.parent.right = replacement; 1849 1850 // Null out links so they are OK to use by fixAfterDeletion. 1851 p.left = p.right = p.parent = null; 1852 1853 // Fix replacement 1854 if (p.color == BLACK) 1855 fixAfterDeletion(replacement); 1856 } else if (p.parent == null) { // return if we are the only node. 1857 root = null; 1858 } else { // No children. Use self as phantom replacement and unlink. 1859 if (p.color == BLACK) 1860 fixAfterDeletion(p); 1861 1862 if (p.parent != null) { 1863 if (p == p.parent.left) 1864 p.parent.left = null; 1865 else if (p == p.parent.right) 1866 p.parent.right = null; 1867 p.parent = null; 1868 } 1869 } 1870 } 1871 1872 // 删除之后的修正操作。 1873 // 目的是保证：红黑树删除节点之后，仍然是一颗红黑树 1874 private void fixAfterDeletion(Entry<K,V> x) { 1875 while (x != root && colorOf(x) == BLACK) { 1876 if (x == leftOf(parentOf(x))) { 1877 Entry<K,V> sib = rightOf(parentOf(x)); 1878 1879 if (colorOf(sib) == RED) { 1880 setColor(sib, BLACK); 1881 setColor(parentOf(x), RED); 1882 rotateLeft(parentOf(x)); 1883 sib = rightOf(parentOf(x)); 1884 } 1885 1886 if (colorOf(leftOf(sib)) == BLACK && 1887 colorOf(rightOf(sib)) == BLACK) { 1888 setColor(sib, RED); 1889 x = parentOf(x); 1890 } else { 1891 if (colorOf(rightOf(sib)) == BLACK) { 1892 setColor(leftOf(sib), BLACK); 1893 setColor(sib, RED); 1894 rotateRight(sib); 1895 sib = rightOf(parentOf(x)); 1896 } 1897 setColor(sib, colorOf(parentOf(x))); 1898 setColor(parentOf(x), BLACK); 1899 setColor(rightOf(sib), BLACK); 1900 rotateLeft(parentOf(x)); 1901 x = root; 1902 } 1903 } else { // symmetric 1904 Entry<K,V> sib = leftOf(parentOf(x)); 1905 1906 if (colorOf(sib) == RED) { 1907 setColor(sib, BLACK); 1908 setColor(parentOf(x), RED); 1909 rotateRight(parentOf(x)); 1910 sib = leftOf(parentOf(x)); 1911 } 1912 1913 if (colorOf(rightOf(sib)) == BLACK && 1914 colorOf(leftOf(sib)) == BLACK) { 1915 setColor(sib, RED); 1916 x = parentOf(x); 1917 } else { 1918 if (colorOf(leftOf(sib)) == BLACK) { 1919 setColor(rightOf(sib), BLACK); 1920 setColor(sib, RED); 1921 rotateLeft(sib); 1922 sib = leftOf(parentOf(x)); 1923 } 1924 setColor(sib, colorOf(parentOf(x))); 1925 setColor(parentOf(x), BLACK); 1926 setColor(leftOf(sib), BLACK); 1927 rotateRight(parentOf(x)); 1928 x = root; 1929 } 1930 } 1931 } 1932 1933 setColor(x, BLACK); 1934 } 1935 1936 private static final long serialVersionUID = 919286545866124006L; 1937 1938 // java.io.Serializable的写入函数 1939 // 将TreeMap的“容量，所有的Entry”都写入到输出流中 1940 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) 1941 throws java.io.IOException { 1942 // Write out the Comparator and any hidden stuff 1943 s.defaultWriteObject(); 1944 1945 // Write out size (number of Mappings) 1946 s.writeInt(size); 1947 1948 // Write out keys and values (alternating) 1949 for (Iterator<Map.Entry<K,V>> i = entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) { 1950 Map.Entry<K,V> e = i.next(); 1951 s.writeObject(e.getKey()); 1952 s.writeObject(e.getValue()); 1953 } 1954 } 1955 1956 1957 // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出 1958 // 先将TreeMap的“容量、所有的Entry”依次读出 1959 private void readObject(final java.io.ObjectInputStream s) 1960 throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { 1961 // Read in the Comparator and any hidden stuff 1962 s.defaultReadObject(); 1963 1964 // Read in size 1965 int size = s.readInt(); 1966 1967 buildFromSorted(size, null, s, null); 1968 } 1969 1970 // 根据已经一个排好序的map创建一个TreeMap 1971 private void buildFromSorted(int size, Iterator it, 1972 java.io.ObjectInputStream str, 1973 V defaultVal) 1974 throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { 1975 this.size = size; 1976 root = buildFromSorted(0, 0, size-1, computeRedLevel(size), 1977 it, str, defaultVal); 1978 } 1979 1980 // 根据已经一个排好序的map创建一个TreeMap 1981 // 将map中的元素逐个添加到TreeMap中，并返回map的中间元素作为根节点。 1982 private final Entry<K,V> buildFromSorted(int level, int lo, int hi, 1983 int redLevel, 1984 Iterator it, 1985 java.io.ObjectInputStream str, 1986 V defaultVal) 1987 throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { 1988 1989 if (hi < lo) return null; 1990 1991 1992 // 获取中间元素 1993 int mid = (lo + hi) / 2; 1994 1995 Entry<K,V> left = null; 1996 // 若lo小于mid，则递归调用获取(middel的)左孩子。 1997 if (lo < mid) 1998 left = buildFromSorted(level+1, lo, mid - 1, redLevel, 1999 it, str, defaultVal); 2000 2001 // 获取middle节点对应的key和value 2002 K key; 2003 V value; 2004 if (it != null) { 2005 if (defaultVal==null) { 2006 Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>)it.next(); 2007 key = entry.getKey(); 2008 value = entry.getValue(); 2009 } else { 2010 key = (K)it.next(); 2011 value = defaultVal; 2012 } 2013 } else { // use stream 2014 key = (K) str.readObject(); 2015 value = (defaultVal != null ? defaultVal : (V) str.readObject()); 2016 } 2017 2018 // 创建middle节点 2019 Entry<K,V> middle = new Entry<K,V>(key, value, null); 2020 2021 // 若当前节点的深度=红色节点的深度，则将节点着色为红色。 2022 if (level == redLevel) 2023 middle.color = RED; 2024 2025 // 设置middle为left的父亲，left为middle的左孩子 2026 if (left != null) { 2027 middle.left = left; 2028 left.parent = middle; 2029 } 2030 2031 if (mid < hi) { 2032 // 递归调用获取(middel的)右孩子。 2033 Entry<K,V> right = buildFromSorted(level+1, mid+1, hi, redLevel, 2034 it, str, defaultVal); 2035 // 设置middle为left的父亲，left为middle的左孩子 2036 middle.right = right; 2037 right.parent = middle; 2038 } 2039 2040 return middle; 2041 } 2042 2043 // 计算节点树为sz的最大深度，也是红色节点的深度值。 2044 private static int computeRedLevel(int sz) { 2045 int level = 0; 2046 for (int m = sz - 1; m >= 0; m = m / 2 - 1) 2047 level++; 2048 return level; 2049 } 2050 }

说明:

在详细介绍TreeMap的代码之前，我们先建立一个整体概念。
TreeMap是通过红黑树实现的，TreeMap存储的是key-value键值对，TreeMap的排序是基于对key的排序。
TreeMap提供了操作“key”、“key-value”、“value”等方法，也提供了对TreeMap这颗树进行整体操作的方法，如获取子树、反向树。
后面的解说内容分为几部分,
首先，介绍TreeMap的核心，即红黑树相关部分；
然后，介绍TreeMap的主要函数；
再次，介绍TreeMap实现的几个接口；
最后，补充介绍TreeMap的其它内容。

TreeMap本质上是一颗红黑树。要彻底理解TreeMap，建议读者先理解红黑树。关于红黑树的原理，可以参考：红黑树(一) 原理和算法详细介绍

第3.1部分 TreeMap的红黑树相关内容

TreeMap中于红黑树相关的主要函数有:
1 数据结构
1.1 红黑树的节点颜色--红色

private static final boolean RED = false;

1.2 红黑树的节点颜色--黑色

private static final boolean BLACK = true;

1.3 “红黑树的节点”对应的类。

static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { ... }

Entry包含了6个部分内容：key(键)、value(值)、left(左孩子)、right(右孩子)、parent(父节点)、color(颜色)
Entry节点根据key进行排序，Entry节点包含的内容为value。

2 相关操作

2.1 左旋

private void rotateLeft(Entry<K,V> p) { ... }

2.2 右旋

private void rotateRight(Entry<K,V> p) { ... }

2.3 插入操作

public V put(K key, V value) { ... }

2.4 插入修正操作
红黑树执行插入操作之后，要执行“插入修正操作”。
目的是：保红黑树在进行插入节点之后，仍然是一颗红黑树

private void fixAfterInsertion(Entry<K,V> x) { ... }

2.5 删除操作

private void deleteEntry(Entry<K,V> p) { ... }

2.6 删除修正操作

红黑树执行删除之后，要执行“删除修正操作”。
目的是保证：红黑树删除节点之后，仍然是一颗红黑树

private void fixAfterDeletion(Entry<K,V> x) { ... }

关于红黑树部分，这里主要是指出了TreeMap中那些是红黑树的主要相关内容。具体的红黑树相关操作API，这里没有详细说明，因为它们仅仅只是将算法翻译成代码。读者可以参考“红黑树(一) 原理和算法详细介绍”进行了解。

第3.2部分 TreeMap的构造函数

1 默认构造函数

使用默认构造函数构造TreeMap时，使用java的默认的比较器比较Key的大小，从而对TreeMap进行排序。

public TreeMap() {
    comparator = null;
}

2 带比较器的构造函数

public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) {
    this.comparator = comparator;
}

3 带Map的构造函数，Map会成为TreeMap的子集

public TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
    comparator = null; putAll(m); }

该构造函数会调用putAll()将m中的所有元素添加到TreeMap中。putAll()源码如下：

public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
    for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) put(e.getKey(), e.getValue()); }

从中，我们可以看出putAll()就是将m中的key-value逐个的添加到TreeMap中。

4 带SortedMap的构造函数，SortedMap会成为TreeMap的子集

public TreeMap(SortedMap<K, ? extends V> m) {
    comparator = m.comparator();
    try { buildFromSorted(m.size(), m.entrySet().iterator(), null, null); } catch (java.io.IOException cannotHappen) { } catch (ClassNotFoundException cannotHappen) { } }

该构造函数不同于上一个构造函数，在上一个构造函数中传入的参数是Map，Map不是有序的，所以要逐个添加。
而该构造函数的参数是SortedMap是一个有序的Map，我们通过buildFromSorted()来创建对应的Map。
buildFromSorted涉及到的代码如下：

View Code

要理解buildFromSorted，重点说明以下几点：

第一，buildFromSorted是通过递归将SortedMap中的元素逐个关联。
第二，buildFromSorted返回middle节点(中间节点)作为root。
第三，buildFromSorted添加到红黑树中时，只将level == redLevel的节点设为红色。第level级节点，实际上是buildFromSorted转换成红黑树后的最底端(假设根节点在最上方)的节点；只将红黑树最底端的阶段着色为红色，其余都是黑色。

第3.3部分 TreeMap的Entry相关函数

TreeMap的 firstEntry()、 lastEntry()、 lowerEntry()、 higherEntry()、 floorEntry()、 ceilingEntry()、 pollFirstEntry() 、 pollLastEntry() 原理都是类似的；下面以firstEntry()来进行详细说明

我们先看看firstEntry()和getFirstEntry()的代码：

public Map.Entry<K,V> firstEntry() {
    return exportEntry(getFirstEntry());
}

final Entry<K,V> getFirstEntry() { Entry<K,V> p = root; if (p != null) while (p.left != null) p = p.left; return p; }

从中，我们可以看出 firstEntry() 和 getFirstEntry() 都是用于获取第一个节点。
但是，firstEntry() 是对外接口； getFirstEntry() 是内部接口。而且，firstEntry() 是通过 getFirstEntry() 来实现的。那为什么外界不能直接调用 getFirstEntry()，而需要多此一举的调用 firstEntry() 呢?
先告诉大家原因，再进行详细说明。这么做的目的是：防止用户修改返回的Entry。getFirstEntry()返回的Entry是可以被修改的，但是经过firstEntry()返回的Entry不能被修改，只可以读取Entry的key值和value值。下面我们看看到底是如何实现的。
(01) getFirstEntry()返回的是Entry节点，而Entry是红黑树的节点，它的源码如下：

// 返回“红黑树的第一个节点”
final Entry<K,V> getFirstEntry() {
    Entry<K,V> p = root;
    if (p != null) while (p.left != null) p = p.left; return p; }

从中，我们可以调用Entry的getKey()、getValue()来获取key和value值，以及调用setValue()来修改value的值。

(02) firstEntry()返回的是exportEntry(getFirstEntry())。下面我们看看exportEntry()干了些什么？

static <K,V> Map.Entry<K,V> exportEntry(TreeMap.Entry<K,V> e) {
    return e == null? null : new AbstractMap.SimpleImmutableEntry<K,V>(e); }

实际上，exportEntry() 是新建一个AbstractMap.SimpleImmutableEntry类型的对象，并返回。

SimpleImmutableEntry的实现在AbstractMap.java中，下面我们看看AbstractMap.SimpleImmutableEntry是如何实现的，代码如下：

 1 public static class SimpleImmutableEntry<K,V>
 2 implements Entry<K,V>, java.io.Serializable  3 {  4 private static final long serialVersionUID = 7138329143949025153L;  5  6 private final K key;  7 private final V value;  8  9 public SimpleImmutableEntry(K key, V value) { 10 this.key = key; 11 this.value = value; 12  } 13 14 public SimpleImmutableEntry(Entry<? extends K, ? extends V> entry) { 15 this.key = entry.getKey(); 16 this.value = entry.getValue(); 17  } 18 19 public K getKey() { 20 return key; 21  } 22 23 public V getValue() { 24 return value; 25  } 26 27 public V setValue(V value) { 28 throw new UnsupportedOperationException(); 29  } 30 31 public boolean equals(Object o) { 32 if (!(o instanceof Map.Entry)) 33 return false; 34 Map.Entry e = (Map.Entry)o; 35 return eq(key, e.getKey()) && eq(value, e.getValue()); 36  } 37 38 public int hashCode() { 39 return (key == null ? 0 : key.hashCode()) ^ 40 (value == null ? 0 : value.hashCode()); 41  } 42 43 public String toString() { 44 return key + "=" + value; 45  } 46 }

从中，我们可以看出SimpleImmutableEntry实际上是简化的key-value节点。
它只提供了getKey()、getValue()方法类获取节点的值；但不能修改value的值，因为调用 setValue() 会抛出异常UnsupportedOperationException();

再回到我们之前的问题：那为什么外界不能直接调用 getFirstEntry()，而需要多此一举的调用 firstEntry() 呢?
现在我们清晰的了解到：
(01) firstEntry()是对外接口，而getFirstEntry()是内部接口。
(02) 对firstEntry()返回的Entry对象只能进行getKey()、getValue()等读取操作；而对getFirstEntry()返回的对象除了可以进行读取操作之后，还可以通过setValue()修改值。

第3.4部分 TreeMap的key相关函数

TreeMap的firstKey()、lastKey()、lowerKey()、higherKey()、floorKey()、ceilingKey()原理都是类似的；下面以ceilingKey()来进行详细说明

ceilingKey(K key)的作用是“返回大于/等于key的最小的键值对所对应的KEY，没有的话返回null”，它的代码如下：

public K ceilingKey(K key) {
    return keyOrNull(getCeilingEntry(key));
}

ceilingKey()是通过getCeilingEntry()实现的。keyOrNull()的代码很简单，它是获取节点的key，没有的话，返回null。

static <K,V> K keyOrNull(TreeMap.Entry<K,V> e) {
    return e == null? null : e.key; }

getCeilingEntry(K key)的作用是“获取TreeMap中大于/等于key的最小的节点，若不存在(即TreeMap中所有节点的键都比key大)，就返回null”。它的实现代码如下：

 1 final Entry<K,V> getCeilingEntry(K key) {
 2     Entry<K,V> p = root;
 3 while (p != null) {  4 int cmp = compare(key, p.key);  5 // 情况一：若“p的key” > key。  6 // 若 p 存在左孩子，则设 p=“p的左孩子”；  7 // 否则，返回p  8 if (cmp < 0) {  9 if (p.left != null) 10 p = p.left; 11 else 12 return p; 13 // 情况二：若“p的key” < key。 14 } else if (cmp > 0) { 15 // 若 p 存在右孩子，则设 p=“p的右孩子” 16 if (p.right != null) { 17 p = p.right; 18 } else { 19 // 若 p 不存在右孩子，则找出 p 的后继节点，并返回 20 // 注意：这里返回的 “p的后继节点”有2种可能性：第一，null；第二，TreeMap中大于key的最小的节点。 21 // 理解这一点的核心是，getCeilingEntry是从root开始遍历的。 22 // 若getCeilingEntry能走到这一步，那么，它之前“已经遍历过的节点的key”都 > key。 23 // 能理解上面所说的，那么就很容易明白，为什么“p的后继节点”有2种可能性了。 24 Entry<K,V> parent = p.parent; 25 Entry<K,V> ch = p; 26 while (parent != null && ch == parent.right) { 27 ch = parent; 28 parent = parent.parent; 29  } 30 return parent; 31  } 32 // 情况三：若“p的key” = key。 33 } else 34 return p; 35  } 36 return null; 37 }

第3.5部分 TreeMap的values()函数

values() 返回“TreeMap中值的集合”

values()的实现代码如下：

public Collection<V> values() {
    Collection<V> vs = values;
    return (vs != null) ? vs : (values = new Values()); }

说明：从中，我们可以发现values()是通过 new Values() 来实现 “返回TreeMap中值的集合”。

那么Values()是如何实现的呢？没错！由于返回的是值的集合，那么Values()肯定返回一个集合；而Values()正好是集合类Value的构造函数。Values继承于AbstractCollection，它的代码如下：

 1 // ”TreeMap的值的集合“对应的类，它集成于AbstractCollection
 2 class Values extends AbstractCollection<V> {  3 // 返回迭代器  4 public Iterator<V> iterator() {  5 return new ValueIterator(getFirstEntry());  6  }  7  8 // 返回个数  9 public int size() { 10 return TreeMap.this.size(); 11  } 12 13 // "TreeMap的值的集合"中是否包含"对象o" 14 public boolean contains(Object o) { 15 return TreeMap.this.containsValue(o); 16  } 17 18 // 删除"TreeMap的值的集合"中的"对象o" 19 public boolean remove(Object o) { 20 for (Entry<K,V> e = getFirstEntry(); e != null; e = successor(e)) { 21 if (valEquals(e.getValue(), o)) { 22  deleteEntry(e); 23 return true; 24  } 25  } 26 return false; 27  } 28 29 // 清空删除"TreeMap的值的集合" 30 public void clear() { 31 TreeMap.this.clear(); 32  } 33 }

说明：从中，我们可以知道Values类就是一个集合。而 AbstractCollection 实现了除 size() 和 iterator() 之外的其它函数，因此只需要在Values类中实现这两个函数即可。
size() 的实现非常简单，Values集合中元素的个数=该TreeMap的元素个数。(TreeMap每一个元素都有一个值嘛！)
iterator() 则返回一个迭代器，用于遍历Values。下面，我们一起可以看看iterator()的实现：

public Iterator<V> iterator() {
    return new ValueIterator(getFirstEntry());
}

说明： iterator() 是通过ValueIterator() 返回迭代器的，ValueIterator是一个类。代码如下：

final class ValueIterator extends PrivateEntryIterator<V> {
    ValueIterator(Entry<K,V> first) {
        super(first); } public V next() { return nextEntry().value; } }

说明：ValueIterator的代码很简单，它的主要实现应该在它的父类PrivateEntryIterator中。下面我们一起看看PrivateEntryIterator的代码：

 1 abstract class PrivateEntryIterator<T> implements Iterator<T> {
 2 // 下一节点  3 Entry<K,V> next;  4 // 上一次返回的节点  5 Entry<K,V> lastReturned;  6 // 修改次数统计数  7 int expectedModCount;  8  9 PrivateEntryIterator(Entry<K,V> first) { 10 expectedModCount = modCount; 11 lastReturned = null; 12 next = first; 13  } 14 15 // 是否存在下一个节点 16 public final boolean hasNext() { 17 return next != null; 18  } 19 20 // 返回下一个节点 21 final Entry<K,V> nextEntry() { 22 Entry<K,V> e = next; 23 if (e == null) 24 throw new NoSuchElementException(); 25 if (modCount != expectedModCount) 26 throw new ConcurrentModificationException(); 27 next = successor(e); 28 lastReturned = e; 29 return e; 30  } 31 32 // 返回上一节点 33 final Entry<K,V> prevEntry() { 34 Entry<K,V> e = next; 35 if (e == null) 36 throw new NoSuchElementException(); 37 if (modCount != expectedModCount) 38 throw new ConcurrentModificationException(); 39 next = predecessor(e); 40 lastReturned = e; 41 return e; 42  } 43 44 // 删除当前节点 45 public void remove() { 46 if (lastReturned == null) 47 throw new IllegalStateException(); 48 if (modCount != expectedModCount) 49 throw new ConcurrentModificationException(); 50 // deleted entries are replaced by their successors 51 if (lastReturned.left != null && lastReturned.right != null) 52 next = lastReturned; 53  deleteEntry(lastReturned); 54 expectedModCount = modCount; 55 lastReturned = null; 56  } 57 }

说明：PrivateEntryIterator是一个抽象类，它的实现很简单，只只实现了Iterator的remove()和hasNext()接口，没有实现next()接口。
而我们在ValueIterator中已经实现的next()接口。
至此，我们就了解了iterator()的完整实现了。

第3.6部分 TreeMap的entrySet()函数

entrySet() 返回“键值对集合”。顾名思义，它返回的是一个集合，集合的元素是“键值对”。

下面，我们看看它是如何实现的？entrySet() 的实现代码如下：

public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
    EntrySet es = entrySet;
    return (es != null) ? es : (entrySet = new EntrySet()); }

说明：entrySet()返回的是一个EntrySet对象。

下面我们看看EntrySet的代码：

 1 // EntrySet是“TreeMap的所有键值对组成的集合”，
 2 // EntrySet集合的单位是单个“键值对”。  3 class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {  4 public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {  5 return new EntryIterator(getFirstEntry());  6  }  7  8 // EntrySet中是否包含“键值对Object”  9 public boolean contains(Object o) { 10 if (!(o instanceof Map.Entry)) 11 return false; 12 Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o; 13 V value = entry.getValue(); 14 Entry<K,V> p = getEntry(entry.getKey()); 15 return p != null && valEquals(p.getValue(), value); 16  } 17 18 // 删除EntrySet中的“键值对Object” 19 public boolean remove(Object o) { 20 if (!(o instanceof Map.Entry)) 21 return false; 22 Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o; 23 V value = entry.getValue(); 24 Entry<K,V> p = getEntry(entry.getKey()); 25 if (p != null && valEquals(p.getValue(), value)) { 26  deleteEntry(p); 27 return true; 28  } 29 return false; 30  } 31 32 // 返回EntrySet中元素个数 33 public int size() { 34 return TreeMap.this.size(); 35  } 36 37 // 清空EntrySet 38 public void clear() { 39 TreeMap.this.clear(); 40  } 41 }

说明：
EntrySet是“TreeMap的所有键值对组成的集合”，而且它单位是单个“键值对”。
EntrySet是一个集合，它继承于AbstractSet。而AbstractSet实现了除size() 和 iterator() 之外的其它函数，因此，我们重点了解一下EntrySet的size() 和 iterator() 函数

size() 的实现非常简单，AbstractSet集合中元素的个数=该TreeMap的元素个数。
iterator() 则返回一个迭代器，用于遍历AbstractSet。从上面的源码中，我们可以发现iterator() 是通过EntryIterator实现的；下面我们看看EntryIterator的源码：

final class EntryIterator extends PrivateEntryIterator<Map.Entry<K,V>> {
    EntryIterator(Entry<K,V> first) {
        super(first); } public Map.Entry<K,V> next() { return nextEntry(); } }

说明：和Values类一样，EntryIterator也继承于PrivateEntryIterator类。

第3.7部分 TreeMap实现的Cloneable接口

TreeMap实现了Cloneable接口，即实现了clone()方法。
clone()方法的作用很简单，就是克隆一个TreeMap对象并返回。

 1 // 克隆一个TreeMap，并返回Object对象
 2 public Object clone() {  3 TreeMap<K,V> clone = null;  4 try {  5 clone = (TreeMap<K,V>) super.clone();  6 } catch (CloneNotSupportedException e) {  7 throw new InternalError();  8  }  9 10 // Put clone into "virgin" state (except for comparator) 11 clone.root = null; 12 clone.size = 0; 13 clone.modCount = 0; 14 clone.entrySet = null; 15 clone.navigableKeySet = null; 16 clone.descendingMap = null; 17 18 // Initialize clone with our mappings 19 try { 20 clone.buildFromSorted(size, entrySet().iterator(), null, null); 21 } catch (java.io.IOException cannotHappen) { 22 } catch (ClassNotFoundException cannotHappen) { 23  } 24 25 return clone; 26 }

第3.8部分 TreeMap实现的Serializable接口

TreeMap实现java.io.Serializable，分别实现了串行读取、写入功能。
串行写入函数是writeObject()，它的作用是将TreeMap的“容量，所有的Entry”都写入到输出流中。
而串行读取函数是readObject()，它的作用是将TreeMap的“容量、所有的Entry”依次读出。
readObject() 和 writeObject() 正好是一对，通过它们，我能实现TreeMap的串行传输。

 1 // java.io.Serializable的写入函数
 2 // 将TreeMap的“容量，所有的Entry”都写入到输出流中  3 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)  4 throws java.io.IOException {  5 // Write out the Comparator and any hidden stuff  6  s.defaultWriteObject();  7  8 // Write out size (number of Mappings)  9  s.writeInt(size); 10 11 // Write out keys and values (alternating) 12 for (Iterator<Map.Entry<K,V>> i = entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) { 13 Map.Entry<K,V> e = i.next(); 14  s.writeObject(e.getKey()); 15  s.writeObject(e.getValue()); 16  } 17 } 18 19 20 // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出 21 // 先将TreeMap的“容量、所有的Entry”依次读出 22 private void readObject(final java.io.ObjectInputStream s) 23 throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { 24 // Read in the Comparator and any hidden stuff 25  s.defaultReadObject(); 26 27 // Read in size 28 int size = s.readInt(); 29 30 buildFromSorted(size, null, s, null); 31 }

说到这里，就顺便说一下“关键字transient”的作用

transient是Java语言的关键字，它被用来表示一个域不是该对象串行化的一部分。
Java的serialization提供了一种持久化对象实例的机制。当持久化对象时，可能有一个特殊的对象数据成员，我们不想用serialization机制来保存它。为了在一个特定对象的一个域上关闭serialization，可以在这个域前加上关键字transient。
当一个对象被串行化的时候，transient型变量的值不包括在串行化的表示中，然而非transient型的变量是被包括进去的。

第3.9部分 TreeMap实现的NavigableMap接口

firstKey()、lastKey()、lowerKey()、higherKey()、ceilingKey()、floorKey();
firstEntry()、 lastEntry()、 lowerEntry()、 higherEntry()、 floorEntry()、 ceilingEntry()、 pollFirstEntry() 、 pollLastEntry();
上面已经讲解过这些API了，下面对其它的API进行说明。

1 反向TreeMap
descendingMap() 的作用是返回当前TreeMap的反向的TreeMap。所谓反向，就是排序顺序和原始的顺序相反。

我们已经知道TreeMap是一颗红黑树，而红黑树是有序的。
TreeMap的排序方式是通过比较器，在创建TreeMap的时候，若指定了比较器，则使用该比较器；否则，就使用Java的默认比较器。
而获取TreeMap的反向TreeMap的原理就是将比较器反向即可！

理解了descendingMap()的反向原理之后，再讲解一下descendingMap()的代码。

// 获取TreeMap的降序Map
public NavigableMap<K, V> descendingMap() {
    NavigableMap<K, V> km = descendingMap;
    return (km != null) ? km : (descendingMap = new DescendingSubMap(this, true, null, true, true, null, true)); }

从中，我们看出descendingMap()实际上是返回DescendingSubMap类的对象。下面，看看DescendingSubMap的源码：

 1 static final class DescendingSubMap<K,V>  extends NavigableSubMap<K,V> {  2 private static final long serialVersionUID = 912986545866120460L;  3 DescendingSubMap(TreeMap<K,V> m,  4 boolean fromStart, K lo, boolean loInclusive,  5 boolean toEnd, K hi, boolean hiInclusive) {  6 super(m, fromStart, lo, loInclusive, toEnd, hi, hiInclusive);  7  }  8  9 // 反转的比较器：是将原始比较器反转得到的。 10 private final Comparator<? super K> reverseComparator = 11  Collections.reverseOrder(m.comparator); 12 13 // 获取反转比较器 14 public Comparator<? super K> comparator() { 15 return reverseComparator; 16  } 17 18 // 获取“子Map”。 19 // 范围是从fromKey 到 toKey；fromInclusive是是否包含fromKey的标记，toInclusive是是否包含toKey的标记 20 public NavigableMap<K,V> subMap(K fromKey, boolean fromInclusive, 21 K toKey, boolean toInclusive) { 22 if (!inRange(fromKey, fromInclusive)) 23 throw new IllegalArgumentException("fromKey out of range"); 24 if (!inRange(toKey, toInclusive)) 25 throw new IllegalArgumentException("toKey out of range"); 26 return new DescendingSubMap(m, 27 false, toKey, toInclusive, 28 false, fromKey, fromInclusive); 29  } 30 31 // 获取“Map的头部”。 32 // 范围从第一个节点 到 toKey, inclusive是是否包含toKey的标记 33 public NavigableMap<K,V> headMap(K toKey, boolean inclusive) { 34 if (!inRange(toKey, inclusive)) 35 throw new IllegalArgumentException("toKey out of range"); 36 return new DescendingSubMap(m, 37 false, toKey, inclusive, 38  toEnd, hi, hiInclusive); 39  } 40 41 // 获取“Map的尾部”。 42 // 范围是从 fromKey 到 最后一个节点，inclusive是是否包含fromKey的标记 43 public NavigableMap<K,V> tailMap(K fromKey, boolean inclusive){ 44 if (!inRange(fromKey, inclusive)) 45 throw new IllegalArgumentException("fromKey out of range"); 46 return new DescendingSubMap(m, 47  fromStart, lo, loInclusive, 48 false, fromKey, inclusive); 49  } 50 51 // 获取对应的降序Map 52 public NavigableMap<K,V> descendingMap() { 53 NavigableMap<K,V> mv = descendingMapView; 54 return (mv != null) ? mv : 55 (descendingMapView = 56 new AscendingSubMap(m, 57  fromStart, lo, loInclusive, 58  toEnd, hi, hiInclusive)); 59  } 60 61 // 返回“升序Key迭代器” 62 Iterator<K> keyIterator() { 63 return new DescendingSubMapKeyIterator(absHighest(), absLowFence()); 64  } 65 66 // 返回“降序Key迭代器” 67 Iterator<K> descendingKeyIterator() { 68 return new SubMapKeyIterator(absLowest(), absHighFence()); 69  } 70 71 // “降序EntrySet集合”类 72 // 实现了iterator() 73 final class DescendingEntrySetView extends EntrySetView { 74 public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { 75 return new DescendingSubMapEntryIterator(absHighest(), absLowFence()); 76 } 77 } 78 79 // 返回“降序EntrySet集合” 80 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { 81 EntrySetView es = entrySetView; 82 return (es != null) ? es : new DescendingEntrySetView(); 83 } 84 85 TreeMap.Entry<K,V> subLowest() { return absHighest(); } 86 TreeMap.Entry<K,V> subHighest() { return absLowest(); } 87 TreeMap.Entry<K,V> subCeiling(K key) { return absFloor(key); } 88 TreeMap.Entry<K,V> subHigher(K key) { return absLower(key); } 89 TreeMap.Entry<K,V> subFloor(K key) { return absCeiling(key); } 90 TreeMap.Entry<K,V> subLower(K key) { return absHigher(key); } 91 }

从中，我们看出DescendingSubMap是降序的SubMap，它的实现机制是将“SubMap的比较器反转”。

它继承于NavigableSubMap。而NavigableSubMap是一个继承于AbstractMap的抽象类；它包括2个子类——"(升序)AscendingSubMap"和"(降序)DescendingSubMap"。NavigableSubMap为它的两个子类实现了许多公共API。
下面看看NavigableSubMap的源码。

  1 static abstract class NavigableSubMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
 2 implements NavigableMap<K,V>, java.io.Serializable {  3 // TreeMap的拷贝  4 final TreeMap<K,V> m;  5 // lo是“子Map范围的最小值”，hi是“子Map范围的最大值”；  6 // loInclusive是“是否包含lo的标记”，hiInclusive是“是否包含hi的标记”  7 // fromStart是“表示是否从第一个节点开始计算”，  8 // toEnd是“表示是否计算到最后一个节点 ”  9 final K lo, hi;  10 final boolean fromStart, toEnd;  11 final boolean loInclusive, hiInclusive;  12  13 // 构造函数  14 NavigableSubMap(TreeMap<K,V> m,  15 boolean fromStart, K lo, boolean loInclusive,  16 boolean toEnd, K hi, boolean hiInclusive) {  17 if (!fromStart && !toEnd) {  18 if (m.compare(lo, hi) > 0)  19 throw new IllegalArgumentException("fromKey > toKey");  20 } else {  21 if (!fromStart) // type check  22  m.compare(lo, lo);  23 if (!toEnd)  24  m.compare(hi, hi);  25  }  26  27 this.m = m;  28 this.fromStart = fromStart;  29 this.lo = lo;  30 this.loInclusive = loInclusive;  31 this.toEnd = toEnd;  32 this.hi = hi;  33 this.hiInclusive = hiInclusive;  34  }  35  36 // 判断key是否太小  37 final boolean tooLow(Object key) {  38 // 若该SubMap不包括“起始节点”，  39 // 并且，“key小于最小键(lo)”或者“key等于最小键(lo)，但最小键却没包括在该SubMap内”  40 // 则判断key太小。其余情况都不是太小！  41 if (!fromStart) {  42 int c = m.compare(key, lo);  43 if (c < 0 || (c == 0 && !loInclusive))  44 return true;  45  }  46 return false;  47  }  48  49 // 判断key是否太大  50 final boolean tooHigh(Object key) {  51 // 若该SubMap不包括“结束节点”，  52 // 并且，“key大于最大键(hi)”或者“key等于最大键(hi)，但最大键却没包括在该SubMap内”  53 // 则判断key太大。其余情况都不是太大！  54 if (!toEnd) {  55 int c = m.compare(key, hi);  56 if (c > 0 || (c == 0 && !hiInclusive))  57 return true;  58  }  59 return false;  60  }  61  62 // 判断key是否在“lo和hi”开区间范围内  63 final boolean inRange(Object key) {  64 return !tooLow(key) && !tooHigh(key);  65  }  66  67 // 判断key是否在封闭区间内  68 final boolean inClosedRange(Object key) { 69 return (fromStart || m.compare(key, lo) >= 0) 70 && (toEnd || m.compare(hi, key) >= 0); 71 } 72 73 // 判断key是否在区间内, inclusive是区间开关标志 74 final boolean inRange(Object key, boolean inclusive) { 75 return inclusive ? inRange(key) : inClosedRange(key); 76 } 77 78 // 返回最低的Entry 79 final TreeMap.Entry<K,V> absLowest() { 80 // 若“包含起始节点”，则调用getFirstEntry()返回第一个节点 81 // 否则的话，若包括lo，则调用getCeilingEntry(lo)获取大于/等于lo的最小的Entry; 82 // 否则，调用getHigherEntry(lo)获取大于lo的最小Entry 83 TreeMap.Entry<K,V> e = 84 (fromStart ? m.getFirstEntry() : 85 (loInclusive ? m.getCeilingEntry(lo) : 86 m.getHigherEntry(lo))); 87 return (e == null || tooHigh(e.key)) ? null : e; 88 } 89 90 // 返回最高的Entry 91 final TreeMap.Entry<K,V> absHighest() { 92 // 若“包含结束节点”，则调用getLastEntry()返回最后一个节点 93 // 否则的话，若包括hi，则调用getFloorEntry(hi)获取小于/等于hi的最大的Entry; 94 // 否则，调用getLowerEntry(hi)获取大于hi的最大Entry 95 TreeMap.Entry<K,V> e = 96 TreeMap.Entry<K,V> e = 97 (toEnd ? m.getLastEntry() : 98 (hiInclusive ? m.getFloorEntry(hi) : 99 m.getLowerEntry(hi))); 100 return (e == null || tooLow(e.key)) ? null : e; 101 } 102 103 // 返回"大于/等于key的最小的Entry" 104 final TreeMap.Entry<K,V> absCeiling(K key) { 105 // 只有在“key太小”的情况下，absLowest()返回的Entry才是“大于/等于key的最小Entry” 106 // 其它情况下不行。例如，当包含“起始节点”时，absLowest()返回的是最小Entry了！ 107 if (tooLow(key)) 108 return absLowest(); 109 // 获取“大于/等于key的最小Entry” 110 TreeMap.Entry<K,V> e = m.getCeilingEntry(key); 111 return (e == null || tooHigh(e.key)) ? null : e; 112 } 113 114 // 返回"大于key的最小的Entry" 115 final TreeMap.Entry<K,V> absHigher(K key) { 116 // 只有在“key太小”的情况下，absLowest()返回的Entry才是“大于key的最小Entry” 117 // 其它情况下不行。例如，当包含“起始节点”时，absLowest()返回的是最小Entry了,而不一定是“大于key的最小Entry”！ 118 if (tooLow(key)) 119 return absLowest(); 120 // 获取“大于key的最小Entry” 121 TreeMap.Entry<K,V> e = m.getHigherEntry(key); 122 return (e == null || tooHigh(e.key)) ? null : e; 123 } 124 125 // 返回"小于/等于key的最大的Entry" 126 final TreeMap.Entry<K,V> absFloor(K key) { 127 // 只有在“key太大”的情况下，(absHighest)返回的Entry才是“小于/等于key的最大Entry” 128 // 其它情况下不行。例如，当包含“结束节点”时，absHighest()返回的是最大Entry了！ 129 if (tooHigh(key)) 130 return absHighest(); 131 // 获取"小于/等于key的最大的Entry" 132 TreeMap.Entry<K,V> e = m.getFloorEntry(key); 133 return (e == null || tooLow(e.key)) ? null : e; 134 } 135 136 // 返回"小于key的最大的Entry" 137 final TreeMap.Entry<K,V> absLower(K key) { 138 // 只有在“key太大”的情况下，(absHighest)返回的Entry才是“小于key的最大Entry” 139 // 其它情况下不行。例如，当包含“结束节点”时，absHighest()返回的是最大Entry了,而不一定是“小于key的最大Entry”！ 140 if (tooHigh(key)) 141 return absHighest(); 142 // 获取"小于key的最大的Entry" 143 TreeMap.Entry<K,V> e = m.getLowerEntry(key); 144 return (e == null || tooLow(e.key)) ? null : e; 145 } 146 147 // 返回“大于最大节点中的最小节点”，不存在的话，返回null 148 final TreeMap.Entry<K,V> absHighFence() { 149 return (toEnd ? null : (hiInclusive ? 150 m.getHigherEntry(hi) : 151 m.getCeilingEntry(hi))); 152 } 153 154 // 返回“小于最小节点中的最大节点”，不存在的话，返回null 155 final TreeMap.Entry<K,V> absLowFence() { 156 return (fromStart ? null : (loInclusive ? 157 m.getLowerEntry(lo) : 158 m.getFloorEntry(lo))); 159 } 160 161 // 下面几个abstract方法是需要NavigableSubMap的实现类实现的方法 162 abstract TreeMap.Entry<K,V> subLowest(); 163 abstract TreeMap.Entry<K,V> subHighest(); 164 abstract TreeMap.Entry<K,V> subCeiling(K key); 165 abstract TreeMap.Entry<K,V> subHigher(K key); 166 abstract TreeMap.Entry<K,V> subFloor(K key); 167 abstract TreeMap.Entry<K,V> subLower(K key); 168 // 返回“顺序”的键迭代器 169 abstract Iterator<K> keyIterator(); 170 // 返回“逆序”的键迭代器 171 abstract Iterator<K> descendingKeyIterator(); 172 173 // 返回SubMap是否为空。空的话，返回true，否则返回false 174 public boolean isEmpty() { 175 return (fromStart && toEnd) ? m.isEmpty() : entrySet().isEmpty(); 176 } 177 178 // 返回SubMap的大小 179 public int size() { 180 return (fromStart && toEnd) ? m.size() : entrySet().size(); 181 } 182 183 // 返回SubMap是否包含键key 184 public final boolean containsKey(Object key) { 185 return inRange(key) && m.containsKey(key); 186 } 187 188 // 将key-value 插入SubMap中 189 public final V put(K key, V value) { 190 if (!inRange(key)) 191 throw new IllegalArgumentException("key out of range"); 192 return m.put(key, value); 193 } 194 195 // 获取key对应值 196 public final V get(Object key) { 197 return !inRange(key)? null : m.get(key); 198 } 199 200 // 删除key对应的键值对 201 public final V remove(Object key) { 202 return !inRange(key)? null : m.remove(key); 203 } 204 205 // 获取“大于/等于key的最小键值对” 206 public final Map.Entry<K,V> ceilingEntry(K key) { 207 return exportEntry(subCeiling(key)); 208 } 209 210 // 获取“大于/等于key的最小键” 211 public final K ceilingKey(K key) { 212 return keyOrNull(subCeiling(key)); 213 } 214 215 // 获取“大于key的最小键值对” 216 public final Map.Entry<K,V> higherEntry(K key) { 217 return exportEntry(subHigher(key)); 218 } 219 220 // 获取“大于key的最小键” 221 public final K higherKey(K key) { 222 return keyOrNull(subHigher(key)); 223 } 224 225 // 获取“小于/等于key的最大键值对” 226 public final Map.Entry<K,V> floorEntry(K key) { 227 return exportEntry(subFloor(key)); 228 } 229 230 // 获取“小于/等于key的最大键” 231 public final K floorKey(K key) { 232 return keyOrNull(subFloor(key)); 233 } 234 235 // 获取“小于key的最大键值对” 236 public final Map.Entry<K,V> lowerEntry(K key) { 237 return exportEntry(subLower(key)); 238 } 239 240 // 获取“小于key的最大键” 241 public final K lowerKey(K key) { 242 return keyOrNull(subLower(key)); 243 } 244 245 // 获取"SubMap的第一个键" 246 public final K firstKey() { 247 return key(subLowest()); 248 } 249 250 // 获取"SubMap的最后一个键" 251 public final K lastKey() { 252 return key(subHighest()); 253 } 254 255 // 获取"SubMap的第一个键值对" 256 public final Map.Entry<K,V> firstEntry() { 257 return exportEntry(subLowest()); 258 } 259 260 // 获取"SubMap的最后一个键值对" 261 public final Map.Entry<K,V> lastEntry() { 262 return exportEntry(subHighest()); 263 } 264 265 // 返回"SubMap的第一个键值对"，并从SubMap中删除改键值对 266 public final Map.Entry<K,V> pollFirstEntry() { 267 TreeMap.Entry<K,V> e = subLowest(); 268 Map.Entry<K,V> result = exportEntry(e); 269 if (e != null) 270 m.deleteEntry(e); 271 return result; 272 } 273 274 // 返回"SubMap的最后一个键值对"，并从SubMap中删除改键值对 275 public final Map.Entry<K,V> pollLastEntry() { 276 TreeMap.Entry<K,V> e = subHighest(); 277 Map.Entry<K,V> result = exportEntry(e); 278 if (e != null) 279 m.deleteEntry(e); 280 return result; 281 } 282 283 // Views 284 transient NavigableMap<K,V> descendingMapView = null; 285 transient EntrySetView entrySetView = null; 286 transient KeySet<K> navigableKeySetView = null; 287 288 // 返回NavigableSet对象，实际上返回的是当前对象的"Key集合"。 289 public final NavigableSet<K> navigableKeySet() { 290 KeySet<K> nksv = navigableKeySetView; 291 return (nksv != null) ? nksv : 292 (navigableKeySetView = new TreeMap.KeySet(this)); 293 } 294 295 // 返回"Key集合"对象 296 public final Set<K> keySet() { 297 return navigableKeySet(); 298 } 299 300 // 返回“逆序”的Key集合 301 public NavigableSet<K> descendingKeySet() { 302 return descendingMap().navigableKeySet(); 303 } 304 305 // 排列fromKey(包含) 到 toKey(不包含) 的子map 306 public final SortedMap<K,V> subMap(K fromKey, K toKey) { 307 return subMap(fromKey, true, toKey, false); 308 } 309 310 // 返回当前Map的头部(从第一个节点 到 toKey, 不包括toKey) 311 public final SortedMap<K,V> headMap(K toKey) { 312 return headMap(toKey, false); 313 } 314 315 // 返回当前Map的尾部[从 fromKey(包括fromKeyKey) 到 最后一个节点] 316 public final SortedMap<K,V> tailMap(K fromKey) { 317 return tailMap(fromKey, true); 318 } 319 320 // Map的Entry的集合 321 abstract class EntrySetView extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> { 322 private transient int size = -1, sizeModCount; 323 324 // 获取EntrySet的大小 325 public int size() { 326 // 若SubMap是从“开始节点”到“结尾节点”，则SubMap大小就是原TreeMap的大小 327 if (fromStart && toEnd) 328 return m.size(); 329 // 若SubMap不是从“开始节点”到“结尾节点”，则调用iterator()遍历EntrySetView中的元素 330 if (size == -1 || sizeModCount != m.modCount) { 331 sizeModCount = m.modCount; 332 size = 0; 333 Iterator i = iterator(); 334 while (i.hasNext()) { 335 size++; 336 i.next(); 337 } 338 } 339 return size; 340 } 341 342 // 判断EntrySetView是否为空 343 public boolean isEmpty() { 344 TreeMap.Entry<K,V> n = absLowest(); 345 return n == null || tooHigh(n.key); 346 } 347 348 // 判断EntrySetView是否包含Object 349 public boolean contains(Object o) { 350 if (!(o instanceof Map.Entry)) 351 return false; 352 Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o; 353 K key = entry.getKey(); 354 if (!inRange(key)) 355 return false; 356 TreeMap.Entry node = m.getEntry(key); 357 return node != null && 358 valEquals(node.getValue(), entry.getValue()); 359 } 360 361 // 从EntrySetView中删除Object 362 public boolean remove(Object o) { 363 if (!(o instanceof Map.Entry)) 364 return false; 365 Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o; 366 K key = entry.getKey(); 367 if (!inRange(key)) 368 return false; 369 TreeMap.Entry<K,V> node = m.getEntry(key); 370 if (node!=null && valEquals(node.getValue(),entry.getValue())){ 371 m.deleteEntry(node); 372 return true; 373 } 374 return false; 375 } 376 } 377 378 // SubMap的迭代器 379 abstract class SubMapIterator<T> implements Iterator<T> { 380 // 上一次被返回的Entry 381 TreeMap.Entry<K,V> lastReturned; 382 // 指向下一个Entry 383 TreeMap.Entry<K,V> next; 384 // “栅栏key”。根据SubMap是“升序”还是“降序”具有不同的意义 385 final K fenceKey; 386 int expectedModCount; 387 388 // 构造函数 389 SubMapIterator(TreeMap.Entry<K,V> first, 390 TreeMap.Entry<K,V> fence) { 391 // 每创建一个SubMapIterator时，保存修改次数 392 // 若后面发现expectedModCount和modCount不相等，则抛出ConcurrentModificationException异常。 393 // 这就是所说的fast-fail机制的原理！ 394 expectedModCount = m.modCount; 395 lastReturned = null; 396 next = first; 397 fenceKey = fence == null ? null : fence.key; 398 } 399 400 // 是否存在下一个Entry 401 public final boolean hasNext() { 402 return next != null && next.key != fenceKey; 403 } 404 405 // 返回下一个Entry 406 final TreeMap.Entry<K,V> nextEntry() { 407 TreeMap.Entry<K,V> e = next; 408 if (e == null || e.key == fenceKey) 409 throw new NoSuchElementException(); 410 if (m.modCount != expectedModCount) 411 throw new ConcurrentModificationException(); 412 // next指向e的后继节点 413 next = successor(e); 414 lastReturned = e; 415 return e; 416 } 417 418 // 返回上一个Entry 419 final TreeMap.Entry<K,V> prevEntry() { 420 TreeMap.Entry<K,V> e = next; 421 if (e == null || e.key == fenceKey) 422 throw new NoSuchElementException(); 423 if (m.modCount != expectedModCount) 424 throw new ConcurrentModificationException(); 425 // next指向e的前继节点 426 next = predecessor(e); 427 lastReturned = e; 428 return e; 429 } 430 431 // 删除当前节点(用于“升序的SubMap”)。 432 // 删除之后，可以继续升序遍历；红黑树特性没变。 433 final void removeAscending() { 434 if (lastReturned == null) 435 throw new IllegalStateException(); 436 if (m.modCount != expectedModCount) 437 throw new ConcurrentModificationException(); 438 // 这里重点强调一下“为什么当lastReturned的左右孩子都不为空时，要将其赋值给next”。 439 // 目的是为了“删除lastReturned节点之后，next节点指向的仍然是下一个节点”。 440 // 根据“红黑树”的特性可知： 441 // 当被删除节点有两个儿子时。那么，首先把“它的后继节点的内容”复制给“该节点的内容”；之后，删除“它的后继节点”。 442 // 这意味着“当被删除节点有两个儿子时，删除当前节点之后，'新的当前节点'实际上是‘原有的后继节点(即下一个节点)’”。 443 // 而此时next仍然指向"新的当前节点"。也就是说next是仍然是指向下一个节点；能继续遍历红黑树。 444 if (lastReturned.left != null && lastReturned.right != null) 445 next = lastReturned; 446 m.deleteEntry(lastReturned); 447 lastReturned = null; 448 expectedModCount = m.modCount; 449 } 450 451 // 删除当前节点(用于“降序的SubMap”)。 452 // 删除之后，可以继续降序遍历；红黑树特性没变。 453 final void removeDescending() { 454 if (lastReturned == null) 455 throw new IllegalStateException(); 456 if (m.modCount != expectedModCount) 457 throw new ConcurrentModificationException(); 458 m.deleteEntry(lastReturned); 459 lastReturned = null; 460 expectedModCount = m.modCount; 461 } 462 463 } 464 465 // SubMap的Entry迭代器，它只支持升序操作，继承于SubMapIterator 466 final class SubMapEntryIterator extends SubMapIterator<Map.Entry<K,V>> { 467 SubMapEntryIterator(TreeMap.Entry<K,V> first, 468 TreeMap.Entry<K,V> fence) { 469 super(first, fence); 470 } 471 // 获取下一个节点(升序) 472 public Map.Entry<K,V> next() { 473 return nextEntry(); 474 } 475 // 删除当前节点(升序) 476 public void remove() { 477 removeAscending(); 478 } 479 } 480 481 // SubMap的Key迭代器，它只支持升序操作，继承于SubMapIterator 482 final class SubMapKeyIterator extends SubMapIterator<K> { 483 SubMapKeyIterator(TreeMap.Entry<K,V> first, 484 TreeMap.Entry<K,V> fence) { 485 super(first, fence); 486 } 487 // 获取下一个节点(升序) 488 public K next() { 489 return nextEntry().key; 490 } 491 // 删除当前节点(升序) 492 public void remove() { 493 removeAscending(); 494 } 495 } 496 497 // 降序SubMap的Entry迭代器，它只支持降序操作，继承于SubMapIterator 498 final class DescendingSubMapEntryIterator extends SubMapIterator<Map.Entry<K,V>> { 499 DescendingSubMapEntryIterator(TreeMap.Entry<K,V> last, 500 TreeMap.Entry<K,V> fence) { 501 super(last, fence); 502 } 503 504 // 获取下一个节点(降序) 505 public Map.Entry<K,V> next() { 506 return prevEntry(); 507 } 508 // 删除当前节点(降序) 509 public void remove() { 510 removeDescending(); 511 } 512 } 513 514 // 降序SubMap的Key迭代器，它只支持降序操作，继承于SubMapIterator 515 final class DescendingSubMapKeyIterator extends SubMapIterator<K> { 516 DescendingSubMapKeyIterator(TreeMap.Entry<K,V> last, 517 TreeMap.Entry<K,V> fence) { 518 super(last, fence); 519 } 520 // 获取下一个节点(降序) 521 public K next() { 522 return prevEntry().key; 523 } 524 // 删除当前节点(降序) 525 public void remove() { 526 removeDescending(); 527 } 528 } 529 }

NavigableSubMap源码很多，但不难理解；读者可以通过源码和注释进行理解。

其实，读完NavigableSubMap的源码后，我们可以得出它的核心思想是：它是一个抽象集合类，为2个子类——"(升序)AscendingSubMap"和"(降序)DescendingSubMap"而服务；因为 NavigableSubMap实现了许多公共API。它的最终目的是实现下面的一系列函数：

headMap(K toKey, boolean inclusive) 
headMap(K toKey)
subMap(K fromKey, K toKey)
subMap(K fromKey, boolean fromInclusive, K toKey, boolean toInclusive)
tailMap(K fromKey)
tailMap(K fromKey, boolean inclusive) navigableKeySet() descendingKeySet()

第3.10部分 TreeMap其它函数

1 顺序遍历和逆序遍历

TreeMap的顺序遍历和逆序遍历原理非常简单。
由于TreeMap中的元素是从小到大的顺序排列的。因此，顺序遍历，就是从第一个元素开始，逐个向后遍历；而倒序遍历则恰恰相反，它是从最后一个元素开始，逐个往前遍历。

我们可以通过 keyIterator() 和 descendingKeyIterator()来说明！
keyIterator()的作用是返回顺序的KEY的集合，
descendingKeyIterator()的作用是返回逆序的KEY的集合。

keyIterator() 的代码如下：

Iterator<K> keyIterator() {
    return new KeyIterator(getFirstEntry());
}

说明：从中我们可以看出keyIterator() 是返回以“第一个节点(getFirstEntry)” 为其实元素的迭代器。
KeyIterator的代码如下：

final class KeyIterator extends PrivateEntryIterator<K> {
    KeyIterator(Entry<K,V> first) {
        super(first); } public K next() { return nextEntry().key; } }

说明：KeyIterator继承于PrivateEntryIterator。当我们通过next()不断获取下一个元素的时候，就是执行的顺序遍历了。

descendingKeyIterator()的代码如下：

Iterator<K> descendingKeyIterator() {
    return new DescendingKeyIterator(getLastEntry());
}

说明：从中我们可以看出descendingKeyIterator() 是返回以“最后一个节点(getLastEntry)” 为其实元素的迭代器。
再看看DescendingKeyIterator的代码：

final class DescendingKeyIterator extends PrivateEntryIterator<K> {
    DescendingKeyIterator(Entry<K,V> first) {
        super(first); } public K next() { return prevEntry().key; } }

说明：DescendingKeyIterator继承于PrivateEntryIterator。当我们通过next()不断获取下一个元素的时候，实际上调用的是prevEntry()获取的上一个节点，这样它实际上执行的是逆序遍历了。

至此，TreeMap的相关内容就全部介绍完毕了。若有错误或纰漏的地方，欢迎指正！

第4部分 TreeMap遍历方式

4.1 遍历TreeMap的键值对

第一步：根据entrySet()获取TreeMap的“键值对”的Set集合。
第二步：通过Iterator迭代器遍历“第一步”得到的集合。

// 假设map是TreeMap对象
// map中的key是String类型，value是Integer类型
Integer integ = null; Iterator iter = map.entrySet().iterator(); while(iter.hasNext()) { Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next(); // 获取key key = (String)entry.getKey(); // 获取value integ = (Integer)entry.getValue(); }

4.2 遍历TreeMap的键

第一步：根据keySet()获取TreeMap的“键”的Set集合。
第二步：通过Iterator迭代器遍历“第一步”得到的集合。

// 假设map是TreeMap对象
// map中的key是String类型，value是Integer类型
String key = null; Integer integ = null; Iterator iter = map.keySet().iterator(); while (iter.hasNext()) { // 获取key key = (String)iter.next(); // 根据key，获取value integ = (Integer)map.get(key); }

4.3 遍历TreeMap的值

第一步：根据value()获取TreeMap的“值”的集合。
第二步：通过Iterator迭代器遍历“第一步”得到的集合。

// 假设map是TreeMap对象
// map中的key是String类型，value是Integer类型
Integer value = null; Collection c = map.values(); Iterator iter= c.iterator(); while (iter.hasNext()) { value = (Integer)iter.next(); }

TreeMap遍历测试程序如下：

  1 import java.util.Map;
  2 import java.util.Random;  3 import java.util.Iterator;  4 import java.util.TreeMap;  5 import java.util.HashSet;  6 import java.util.Map.Entry;  7 import java.util.Collection;  8  9 /*  10  * @desc 遍历TreeMap的测试程序。  11  * (01) 通过entrySet()去遍历key、value，参考实现函数：  12  * iteratorTreeMapByEntryset()  13  * (02) 通过keySet()去遍历key、value，参考实现函数：  14  * iteratorTreeMapByKeyset()  15  * (03) 通过values()去遍历value，参考实现函数：  16  * iteratorTreeMapJustValues()  17  *  18  * @author skywang  19 */  20 public class TreeMapIteratorTest {  21  22 public static void main(String[] args) {  23 int val = 0;  24 String key = null;  25 Integer value = null;  26 Random r = new Random();  27 TreeMap map = new TreeMap();  28  29 for (int i=0; i<12; i++) {  30 // 随机获取一个[0,100)之间的数字  31 val = r.nextInt(100);  32  33 key = String.valueOf(val);  34 value = r.nextInt(5);  35 // 添加到TreeMap中  36  map.put(key, value);  37 System.out.println(" key:"+key+" value:"+value);  38  }  39 // 通过entrySet()遍历TreeMap的key-value  40  iteratorTreeMapByEntryset(map) ;  41  42 // 通过keySet()遍历TreeMap的key-value  43  iteratorTreeMapByKeyset(map) ;  44  45 // 单单遍历TreeMap的value  46  iteratorTreeMapJustValues(map);  47  }  48  49 /*  50  * 通过entry set遍历TreeMap  51  * 效率高!  52 */  53 private static void iteratorTreeMapByEntryset(TreeMap map) {  54 if (map == null)  55 return ;  56  57 System.out.println("\niterator TreeMap By entryset");  58 String key = null;  59 Integer integ = null;  60 Iterator iter = map.entrySet().iterator();  61 while(iter.hasNext()) {  62 Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next();  63  64 key = (String)entry.getKey();  65 integ = (Integer)entry.getValue();  66 System.out.println(key+" -- "+integ.intValue());  67  }  68  }  69  70 /*  71  * 通过keyset来遍历TreeMap  72  * 效率低!  73 */  74 private static void iteratorTreeMapByKeyset(TreeMap map) {  75 if (map == null)  76 return ;  77  78 System.out.println("\niterator TreeMap By keyset");  79 String key = null;  80 Integer integ = null;  81 Iterator iter = map.keySet().iterator();  82 while (iter.hasNext()) {  83 key = (String)iter.next(); 84 integ = (Integer)map.get(key); 85 System.out.println(key+" -- "+integ.intValue()); 86 } 87 } 88 89 90 /* 91 * 遍历TreeMap的values 92 */ 93 private static void iteratorTreeMapJustValues(TreeMap map) { 94 if (map == null) 95 return ; 96 97 Collection c = map.values(); 98 Iterator iter= c.iterator(); 99 while (iter.hasNext()) { 100 System.out.println(iter.next()); 101 } 102 } 103 }

第5部分 TreeMap示例

下面通过实例来学习如何使用TreeMap

  1 import java.util.*;
  2 
  3 /**  4  * @desc TreeMap测试程序  5  *  6  * @author skywang  7 */  8 public class TreeMapTest {  9  10 public static void main(String[] args) {  11 // 测试常用的API  12  testTreeMapOridinaryAPIs();  13  14 // 测试TreeMap的导航函数  15 //testNavigableMapAPIs();  16  17 // 测试TreeMap的子Map函数  18 //testSubMapAPIs();  19  }  20  21 /**  22  * 测试常用的API  23 */  24 private static void testTreeMapOridinaryAPIs() {  25 // 初始化随机种子  26 Random r = new Random();  27 // 新建TreeMap  28 TreeMap tmap = new TreeMap();  29 // 添加操作  30 tmap.put("one", r.nextInt(10));  31 tmap.put("two", r.nextInt(10));  32 tmap.put("three", r.nextInt(10));  33  34 System.out.printf("\n ---- testTreeMapOridinaryAPIs ----\n");  35 // 打印出TreeMap  36 System.out.printf("%s\n",tmap );  37  38 // 通过Iterator遍历key-value  39 Iterator iter = tmap.entrySet().iterator();  40 while(iter.hasNext()) {  41 Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next();  42 System.out.printf("next : %s - %s\n", entry.getKey(), entry.getValue());  43  }  44  45 // TreeMap的键值对个数  46 System.out.printf("size: %s\n", tmap.size());  47  48 // containsKey(Object key) :是否包含键key  49 System.out.printf("contains key two : %s\n",tmap.containsKey("two"));  50 System.out.printf("contains key five : %s\n",tmap.containsKey("five"));  51  52 // containsValue(Object value) :是否包含值value  53 System.out.printf("contains value 0 : %s\n",tmap.containsValue(new Integer(0)));  54  55 // remove(Object key) ： 删除键key对应的键值对  56 tmap.remove("three");  57  58 System.out.printf("tmap:%s\n",tmap );  59  60 // clear() ： 清空TreeMap  61  tmap.clear();  62  63 // isEmpty() : TreeMap是否为空  64 System.out.printf("%s\n", (tmap.isEmpty()?"tmap is empty":"tmap is not empty") );  65  }  66  67  68 /**  69  * 测试TreeMap的子Map函数  70 */  71 public static void testSubMapAPIs() {  72 // 新建TreeMap  73 TreeMap tmap = new TreeMap();  74 // 添加“键值对”  75 tmap.put("a", 101);  76 tmap.put("b", 102);  77 tmap.put("c", 103);  78 tmap.put("d", 104);  79 tmap.put("e", 105);  80  81 System.out.printf("\n ---- testSubMapAPIs ----\n");  82 // 打印出TreeMap  83 System.out.printf("tmap:\n\t%s\n", tmap);  84  85 // 测试 headMap(K toKey)  86 System.out.printf("tmap.headMap(\"c\"):\n\t%s\n", tmap.headMap("c"));  87 // 测试 headMap(K toKey, boolean inclusive)  88 System.out.printf("tmap.headMap(\"c\", true):\n\t%s\n", tmap.headMap("c", true)); 89 System.out.printf("tmap.headMap(\"c\", false):\n\t%s\n", tmap.headMap("c", false)); 90 91 // 测试 tailMap(K fromKey) 92 System.out.printf("tmap.tailMap(\"c\"):\n\t%s\n", tmap.tailMap("c")); 93 // 测试 tailMap(K fromKey, boolean inclusive) 94 System.out.printf("tmap.tailMap(\"c\", true):\n\t%s\n", tmap.tailMap("c", true)); 95 System.out.printf("tmap.tailMap(\"c\", false):\n\t%s\n", tmap.tailMap("c", false)); 96 97 // 测试 subMap(K fromKey, K toKey) 98 System.out.printf("tmap.subMap(\"a\", \"c\"):\n\t%s\n", tmap.subMap("a", "c")); 99 // 测试 100 System.out.printf("tmap.subMap(\"a\", true, \"c\", true):\n\t%s\n", 101 tmap.subMap("a", true, "c", true)); 102 System.out.printf("tmap.subMap(\"a\", true, \"c\", false):\n\t%s\n", 103 tmap.subMap("a", true, "c", false)); 104 System.out.printf("tmap.subMap(\"a\", false, \"c\", true):\n\t%s\n", 105 tmap.subMap("a", false, "c", true)); 106 System.out.printf("tmap.subMap(\"a\", false, \"c\", false):\n\t%s\n", 107 tmap.subMap("a", false, "c", false)); 108 109 // 测试 navigableKeySet() 110 System.out.printf("tmap.navigableKeySet():\n\t%s\n", tmap.navigableKeySet()); 111 // 测试 descendingKeySet() 112 System.out.printf("tmap.descendingKeySet():\n\t%s\n", tmap.descendingKeySet()); 113 } 114 115 /** 116 * 测试TreeMap的导航函数 117 */ 118 public static void testNavigableMapAPIs() { 119 // 新建TreeMap 120 NavigableMap nav = new TreeMap(); 121 // 添加“键值对” 122 nav.put("aaa", 111); 123 nav.put("bbb", 222); 124 nav.put("eee", 333); 125 nav.put("ccc", 555); 126 nav.put("ddd", 444); 127 128 System.out.printf("\n ---- testNavigableMapAPIs ----\n"); 129 // 打印出TreeMap 130 System.out.printf("Whole list:%s%n", nav); 131 132 // 获取第一个key、第一个Entry 133 System.out.printf("First key: %s\tFirst entry: %s%n",nav.firstKey(), nav.firstEntry()); 134 135 // 获取最后一个key、最后一个Entry 136 System.out.printf("Last key: %s\tLast entry: %s%n",nav.lastKey(), nav.lastEntry()); 137 138 // 获取“小于/等于bbb”的最大键值对 139 System.out.printf("Key floor before bbb: %s%n",nav.floorKey("bbb")); 140 141 // 获取“小于bbb”的最大键值对 142 System.out.printf("Key lower before bbb: %s%n", nav.lowerKey("bbb")); 143 144 // 获取“大于/等于bbb”的最小键值对 145 System.out.printf("Key ceiling after ccc: %s%n",nav.ceilingKey("ccc")); 146 147 // 获取“大于bbb”的最小键值对 148 System.out.printf("Key higher after ccc: %s%n\n",nav.higherKey("ccc")); 149 } 150 151 }

运行结果：

{one=8, three=4, two=2}
next : one - 8
next : three - 4
next : two - 2
size: 3
contains key two : true contains key five : false contains value 0 : false tmap:{one=8, two=2} tmap is empty

Java 集合系列12之 TreeMap详细介绍(源码解析)和使用示例

概要

第1部分 TreeMap介绍

第2部分 TreeMap数据结构

第3部分 TreeMap源码解析(基于JDK1.6.0_45)

第4部分 TreeMap遍历方式

第5部分 TreeMap示例

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