【Java】集合类-TreeSet

TreeSet

从名字上可以看出，此集合的实现和树结构有关。

与HashSet集合类似，TreeSet基于TreeMap来实现的，其底层结构为红黑树（特殊的二叉查找树，即在每个结点上增加一个存储位表示结点的颜色，可以是Red或Black）。

与HashSet不同的是，TreeSet具有排序功能，分为自然排序（123456）和自定义排序两类，默认是自然排序；在程序中，我们可以按照任意顺序将元素插入到集合中，等到遍历时TreeSet会按照一定顺序输出–倒序或者升序。

特点

  • 对插入的元素进行排序，是一个有序的集合（这是主要与HashSet的区别）;
  • 底层使用红黑树结构，而不是哈希表结构；
  • 允许插入Null值；
  • 不允许插入重复元素；
  • 线程不安全。

TreeSet基本操作

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public class TreeSetTest {
    public static void main(String[] agrs){
        TreeSet<String> treeSet = new TreeSet<String>();
        System.out.println("TreeSet初始化容量大小："+treeSet.size());

        //元素添加：
        treeSet.add("my");
        treeSet.add("name");
        treeSet.add("jiaboyan");
        treeSet.add("hello");
        treeSet.add("world");
        treeSet.add("1");
        treeSet.add("2");
        treeSet.add("3");
        System.out.println("TreeSet容量大小：" + treeSet.size());
        System.out.println("TreeSet元素顺序为：" + treeSet.toString());

        //增加for循环遍历：
        for(String str:treeSet){
            System.out.println("遍历元素："+str);
        }

        //迭代器遍历：升序
        Iterator<String> iteratorAesc = treeSet.iterator();
        while(iteratorAesc.hasNext()){
            String str = iteratorAesc.next();
            System.out.println("遍历元素升序："+str);
        }

        //迭代器遍历：降序
        Iterator<String> iteratorDesc = treeSet.descendingIterator();
        while(iteratorDesc.hasNext()){
            String str = iteratorDesc.next();
            System.out.println("遍历元素降序："+str);
        }

        //元素获取:实现NavigableSet接口
        String firstEle = treeSet.first();//获取TreeSet头节点：
        System.out.println("TreeSet头节点为：" + firstEle);

        // 获取指定元素之前的所有元素集合：(不包含指定元素)
        SortedSet<String> headSet = treeSet.headSet("jiaboyan");
        System.out.println("jiaboyan节点之前的元素为："+headSet.toString());

        //获取给定元素之间的集合：（包含头，不包含尾）
        SortedSet subSet = treeSet.subSet("1","world");
        System.out.println("1--jiaboan之间节点元素为："+subSet.toString());

        //集合判断：
        boolean isEmpty = treeSet.isEmpty();
        System.out.println("TreeSet是否为空："+isEmpty);
        boolean isContain = treeSet.contains("who");
        System.out.println("TreeSet是否包含who元素："+isContain);

        //元素删除：
        boolean jiaboyanRemove = treeSet.remove("jiaboyan");
        System.out.println("jiaboyan元素是否被删除"+jiaboyanRemove);
        
        //集合中不存在的元素，删除返回false
        boolean whoRemove = treeSet.remove("who");
        System.out.println("who元素是否被删除"+whoRemove);

       //删除并返回第一个元素：如果set集合不存在元素，则返回null
        String pollFirst = treeSet.pollFirst();
        System.out.println("删除的第一个元素："+pollFirst);
        
        //删除并返回最后一个元素：如果set集合不存在元素，则返回null
        String pollLast = treeSet.pollLast();
        System.out.println("删除的最后一个元素："+pollLast);


        treeSet.clear();//清空集合:
    }
}

TreeSet元素排序

在前面，我们提到了TreeSet是一个有序集合，可以对集合元素排序，其中分为自然排序和自定义排序，那么这两种方式如何实现呢？

情况1

首先，我们通过JDK提供的对象来展示，我们使用String、Integer：

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public class TreeSetTest {
    public static void main(String[] agrs){
        naturalSort();
    }

    //自然排序顺序：升序
    public static void naturalSort(){
        TreeSet<String> treeSetString = new TreeSet<String>();
        treeSetString.add("a");
        treeSetString.add("z");
        treeSetString.add("d");
        treeSetString.add("b");
        System.out.println("字母顺序：" + treeSetString.toString());

        TreeSet<Integer> treeSetInteger = new TreeSet<Integer>();
        treeSetInteger.add(1);
        treeSetInteger.add(24);
        treeSetInteger.add(23);
        treeSetInteger.add(6);
        System.out.println(treeSetInteger.toString());
        System.out.println("数字顺序：" + treeSetString.toString());
    }
}

结果

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字母顺序：[a, b, d, z]
数字顺序：[1, 6, 23, 24]

情况2 - 自定义对象

接下来，我们自定义对象，看能否实现：

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public class App{
    private String name;
    private Integer age;

    public App(){}

    public App(String name,Integer age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    public static void main(String[] args ){
        System.out.println( "Hello World!" );
    }
}

public class TreeSetTest {
    public static void main(String[] agrs){
        customSort();
    }

     //自定义排序顺序：升序
    public static void customSort(){
        TreeSet<App> treeSet = new TreeSet<App>();

        //排序对象：
        App app1 = new App("hello",10);
        App app2 = new App("world",20);
        App app3 = new App("my",15);
        App app4 = new App("name",25);

        //添加到集合：
        treeSet.add(app1);
        treeSet.add(app2);
        treeSet.add(app3);
        treeSet.add(app4);
        System.out.println("TreeSet集合顺序为："+treeSet);
    }
}

结果

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抛出异常：提示App不能转换为Comparable对象：
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.jiaboyan.collection.App cannot be cast to java.lang.Comparable

分析

为什么会报错呢？

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compare(key, key); // type (and possibly null) check

final int compare(Object k1, Object k2) {
    return comparator==null ? ((Comparable<? super K>)k1).compareTo((K)k2)
        : comparator.compare((K)k1, (K)k2);
}

通过查看源码发现，在TreeSet调用add方法时，会调用到底层TreeMap的put方法，在put方法中会调用到compare(key, key)方法，进行key大小的比较。

在比较的时候，会将传入的key进行类型强转，所以当我们自定义的App类进行比较的时候，自然就会抛出异常，因为App类并没有实现Comparable接口。

将App实现Comparable接口，再做比较:

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public class App implements Comparable<App>{
    private String name;
    private Integer age;
    public App(){}
    public App(String name,Integer age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public Integer getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }
    //自定义比较：先比较name的长度，在比较age的大小；
    public int compareTo(App app) {
        //比较name的长度：
        int num = this.name.length() - app.name.length();
        //如果name长度一样，则比较年龄的大小：
        return num == 0 ? this.age - app.age : num;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "App{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

结果

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TreeSet集合顺序为：[App{name='my', age=15}, App{name='name', age=25}, App{name='hello', age=10}, App{name='world', age=20}]

情况3 - 实现Comparetor<T>接口

此外，还有另一种方式，那就是实现Comparetor接口，并重写compare方法；

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//自定义App类的比较器：
public class AppComparator implements Comparator<App> {

    //比较方法：先比较年龄，年龄若相同在比较名字长度；
    public int compare(App app1, App app2) {
        int num = app1.getAge() - app2.getAge();
        return num == 0 ? app1.getName().length() - app2.getName().length() : num;
    }
}

此时，App不用在实现Comparerable接口了，单纯的定义一个类即可；

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public class App{
    private String name;
    private Integer age;

    public App(){}

    public App(String name,Integer age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    public static void main(String[] args ){
        System.out.println( "Hello World!" );
    }
}

public class TreeSetTest {
    public static void main(String[] agrs){
        customSort();
    }

    //自定义比较器：升序
    public static void customComparatorSort(){
        TreeSet<App> treeSet = new TreeSet<App>(new AppComparator());
        
        //排序对象：
        App app1 = new App("hello",10);
        App app2 = new App("world",20);
        App app3 = new App("my",15);
        App app4 = new App("name",25);
        
        //添加到集合：
        treeSet.add(app1);
        treeSet.add(app2);
        treeSet.add(app3);
        treeSet.add(app4);

        System.out.println("TreeSet集合顺序为："+treeSet);
    }
}

结果

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TreeSet集合顺序为：[App{name='hello', age=10}, App{name='my', age=15}, App{name='world', age=20}, App{name='name', age=25}]

Reference

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