面试必问项之Set实现类:TreeSet_Java教程

一、TreeSet 概述

1、TreeSet是 SortedSet 接口的实现类， TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。

2、TreeSet顾名思义他内部维护的是一个TreeMap，底层是红黑二叉树，他使得集合内都是有序的序列。

3、Tree可以按照添加对象的指定属性，进行排序，所以向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。

4、两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口）和定制排序（Comparator）；

5、自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0.不再是equals()；

6、定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0.不再是equals()；

7、对 TreeSet进行遍历的时候，默认是使用自然排序的规则来排序的；

8、TreeSet 添加自定义类的对象时候，必须要有自然排序或定制排序，否则抛出异常：cannot cast to java.lang.Comparable;

二、TreeSet 结构

1、TreeSet 声明

1 public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
2     implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable

2、TreeSet 类继承结构

面试必问项之Set实现类:TreeSet

3、红黑树

面试必问项之Set实现类:TreeSet

TreeSet和后要的TreeMap采用红黑树的存储结构

特点：有序，查询速度比List快

三、TreeSet 创建

1、构造器

TreeSet是基于红黑树结构实现的，会对元素进行排序，TreeSet 提供了五种构造器：

public TreeSet() {
    this(new TreeMap<E,Object>());
}
TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
    this.m = m;
}
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
    this(new TreeMap<>(comparator));
}
public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}
public TreeSet(SortedSet<E> s) {
    this(s.comparator());
    addAll(s);
}

里面的 m 属性是什么：

/**
     * The backing map.
     */
    private transient NavigableMap<E,Object> m;
    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private static final Object PRESENT = new Object();
    //加入Java开发交流君样：593142328一起吹水聊天

可以看到里面是维护了一个 NavigableMap。

2、通过 Comparator 实例创建 TreeSet

上面的四个构造函数中着重要介绍第三个，它通过Comparator实例来创建TreeMap，那么Comparator到底是何方神圣呢？

通过阅读Comparator的源码发现，这是一个用于集合类排序的辅助接口，用户需要实现compare方法。

如果用户用了这种方式创建TreeSet，那么集合元素就不需要做额外处理，否则集合元素都需要实现Comparable接口，因为Tree在排序的时候会调用compare或者compareTo方法（介绍TreeMap的时候会具体讲解）。

下面来看看写的一个样例代码：

public class MyComparator implements Comparator<Person> {
        @Override
        public int compare(Person o1, Person o2) {
            return o1.age - o2.age;
        }
    }
public class Person {
    public Integer age;
    public Person(Integer value) {
        this.age = value;
    }
}
public static void TreeSetTest() {
    // TreeMap在底层put元素的时候会判断是否存在Comparator实例，如果存在，则每次添加元素排序比较的时候会调用compare接口。
    TreeSet<Person> set = new TreeSet<Person>(new MyComparator());
    Person p1 = new Person(1);
    Person p2 = new Person(1);
    Person p3 = new Person(5);
    Person p4 = new Person(9);
    Person p5 = new Person(10);
    set.add(p1);
    set.add(p2);
    set.add(p3);
    set.add(p4);
    set.add(p5);
    Iterator<Person> i = set.iterator();
    while (i.hasNext()) {
        Person p = (Person) i.next();
        System.out.println(p.age);
    }//加入Java开发交流君样：593142328一起吹水聊天
}

打印结果：

1 5 9 10

四、TreeSet 方法

面试必问项之Set实现类:TreeSet

五、NavigableSet接口介绍

常用方法：

// 返回比当前元素小的最近的一个元素
public E lower(E e) {
    return m.lowerKey(e);
}
// 返回小于等于当前元素的最近一个元素
public E floor(E e) {
    return m.floorKey(e);
}
//　返回大于等于当前元素的最近一个元素
public E ceiling(E e) {
    return m.ceilingKey(e);
}//加入Java开发交流君样：593142328一起吹水聊天
// 返回大于当前元素的最近一个元素
public E higher(E e) {
    return m.higherKey(e);
}

六、TreeSet 与比较器

1、自然排序

（1）自然排序：TreeSet会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列。

（2）如果试图把一个对象添加到TreeSet时，则该对象的类必须实现 Comparable接口。　　　　　　

实现Comparable 的类必须实现compareTo(Object obj)方法，两个对象即通过compareTo(Object obj)方法的返回值来比较大小。

（3）Comparable 的典型实现：　　　　　　

① BigDecimal、BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较；
② Character：按字符的 unicode值来进行比较；
③ Boolean：true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例；
④String：按字符串中字符的 unicode 值进行比较
⑤ Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大

（4）向 TreeSet 中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。

（5）因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象。

（6）对于 TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过 compareTo(Object obj)方法比较返回值。

（7）当需要把一个对象放入 TreeSet中，重写该对象对应的 equals()方法时，应保证该方法与 compareTo(Object obj) 方法有一致的结果：如果两个对象通过 equals() 方法比较返回 true，则通过 compareTo(Object obj)方法比较应返回 0。否则，让人难以理解。

2、定制排序

（1）TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。

（2）利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。【面试资料】

（3）要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。

（4）此时，仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。

（5）使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。

七、案例

1、自定义类的自然排序

案例：

public class User implements Comparable{
    private String name;
    private int age;
    public User() {
    }
    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name="" + name + """ +
                ", age=" + age +
                "}";
    }
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        System.out.println("User equals()....");
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        User user = (User) o;
        if (age != user.age) return false;
        return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
    }
    @Override
    public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }
    //按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if(o instanceof User){
            User user = (User)o;
//            return -this.name.compareTo(user.name);
            int compare = -this.name.compareTo(user.name);
            if(compare != 0){
                return compare;
            }else{
                return Integer.compare(this.age,user.age);
            }
        }else{//加入Java开发交流君样：593142328一起吹水聊天
            throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
        }
    }
}

使用TreeSet保存：

@Test
    public void test1(){
        TreeSet set = new TreeSet();
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Jerry",32));
        set.add(new User("Jim",2));
        set.add(new User("Mike",65));
        set.add(new User("Jack",33));
        set.add(new User("Jack",56));

        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }

注意：如果在自然比较器中并没有对年龄进行比较，当姓名一样时，就会认为这两个对象一样，不会再次存放；

如果在比较器中对两个属性都进行了比较，当有一个属性不一样就会放入 TreeSet中。

可以发现，这里对两个对象的比较并不是使用 equals() 方法，而是使用比较器来进行比较的。

2、自定义类的定制排序

定制排序：

@Test
    public void test2(){
        Comparator com = new Comparator() {
            //按照年龄从小到大排列
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
                    User u1 = (User)o1;
                    User u2 = (User)o2;
                    return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
                }else{
                    throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");
                }
            }
        };
        TreeSet set = new TreeSet(com);  //按照给定的比较器进行排序
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Jerry",32));
        set.add(new User("Jim",2));
        set.add(new User("Mike",65));
        set.add(new User("Mary",33));
        set.add(new User("Jack",33));
        set.add(new User("Jack",56));

        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }