TreeSet 的底层原理

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于 2025-03-26 00:02:44 发布 · 1.1k 阅读

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#java #数据结构 #哈希算法 #算法

以下是 TreeSet 的底层原理的详细解析，结合其数据结构、排序机制及性能优化：

一、底层数据结构：基于红黑树的有序集合

TreeSet 的底层实现完全依赖于 TreeMap，其核心数据结构为 红黑树（一种自平衡的二叉搜索树）。
关键设计：
• 元素存储：TreeSet 中的元素作为 TreeMap 的 键（Key），而值（Value）统一使用静态常量 PRESENT 占位。
• 红黑树特性：
• 每个节点包含颜色（红/黑）、父节点、左右子节点引用。
• 通过 颜色调整 和 旋转操作 维护树的平衡，确保插入、删除、查询等操作的时间复杂度为 O(log n)。
• 自平衡规则包括：根节点为黑色、红色节点不能连续、任意节点到叶子的路径包含相同数量的黑色节点等。

数据结构示意图：

TreeSet 实例
└── 内部 TreeMap
    ├── 红黑树根节点
    │   ├── 左子节点 → 元素A（黑）
    │   └── 右子节点 → 元素B（红）→ 元素C（黑）
    └── 比较器（自然排序或自定义 Comparator）

二、排序机制：自然排序与自定义 Comparator

TreeSet 支持两种排序方式：

自然排序：
• 元素必须实现 Comparable 接口（如 Integer、String），通过 compareTo() 方法定义排序规则。
• 未实现 Comparable 的自定义类会抛出 ClassCastException。
自定义 Comparator：
• 通过构造方法 TreeSet(Comparator<? super E> comparator) 传入比较器，覆盖自然排序规则。
• 示例：按字符串长度排序：
```
TreeSet<String> set = new 
```