集合框架源码分析(jdK1.7)（三）TreeMap

	现象说明	处理策略
Case 1	当前节点的父节点是红色，且当前节点的祖父节点的另一个子节点（叔叔节点）也是红色。	(01) 将“父节点”设为黑色。 (02) 将“叔叔节点”设为黑色。 (03) 将“祖父节点”设为“红色”。 (04) 将“祖父节点”设为“当前节点”(红色节点)；即，之后继续对“当前节点”进行操作。
Case 2	当前节点的父节点是红色，叔叔节点是黑色，且当前节点是其父节点的右孩子	(01) 将“父节点”作为“新的当前节点”。 (02) 以“新的当前节点”为支点进行左旋。
Case 3	当前节点的父节点是红色，叔叔节点是黑色，且当前节点是其父节点的左孩子	(01) 将“父节点”设为“黑色”。 (02) 将“祖父节点”设为“红色”。 (03) 以“祖父节点”为支点进行右旋。

1.5左旋、右旋

根据二叉树的特点插入节点，插入结束后为了维持平衡二叉树采用左旋、右旋的方式如图：

左右旋的原理相同

1.6删除操作

将红黑树内的某一个节点删除。需要执行的操作依次是：首先，将红黑树当作一颗二叉查找树，将该节点从二叉查找树中删除；然后，通过"旋转和重新着色"等一系列来修正该树，使之重新成为一棵红黑树。

删除方案：

按照待删除节点有几个儿子的情况来进行分类：

情况一、无子节点（红色节点）

这种情况对该节点直接删除即可，不会影响树的结构。

情况二、有一个子节点

这种情况处理也是非常简单的，用子节点替代待删除节点，然后删除子节点即可。

情况三、有两个子节点

这种情况可能会稍微有点儿复杂。它需要找到一个替代待删除节点（N）来替代它，然后删除N即可。它主要分为四种情况。

1、N的兄弟节点W为红色

2、N的兄弟w是黑色的，且w的俩个孩子都是黑色的。

3、N的兄弟w是黑色的，w的左孩子是红色，w的右孩子是黑色。

4、N的兄弟w是黑色的，且w的右孩子时红色的。

//todo

原理图：http://www.cnblogs.com/yangecnu/p/Introduce-Red-Black-Tree.html

参考：https://blog.youkuaiyun.com/zhangyuan19880606/article/details/51234420/

http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3245399.html

2.TreeMap的数据结构

.TreeMap内部是有Entry<K,V>维护的，可以看出Entry<K,V>的结构就是一个红黑树的结构，

包含：左子树，右子树，和父节点和节点颜色（默认颜色为黑色）

static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    K key;
    V value;
    Entry<K,V> left = null;
    Entry<K,V> right = null;
    Entry<K,V> parent;
    boolean color = BLACK;

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

3.主要参数：

//比较器，因为TreeMap是有序的，通过comparator接口我们可以对TreeMap的内部排序进行精密的控制

private final Comparator<? super K> comparator;

//TreeMap红-黑节点，为TreeMap的内部类
private transient Entry<K,V> root = null;

//容器大小
private transient int size = 0;

//TreeMap修改次数
private transient int modCount = 0;

4.Treem主要构造方法：

public TreeMap() {

//始化的时候先初始化一个为Null的比较器
comparator = null;
}

TreeMap是红黑树无初始化容量等参数

5.TreeMap的Put方法

public V put(K key, V value) {

//用t表示二叉树的当前节点
Entry<K,V> t = root;

//t为null表示一个空树，即TreeMap中没有任何元素，直接插入
if (t == null) {

//比较key值(不是很理解)
compare(key, key); // type (and possibly null) check

//将新的key-value键值对创建为一个Entry节点，并将该节点赋予给root
root = new Entry<>(key, value, null);

//容器的size = 1，表示TreeMap集合中存在一个元素
size = 1;

        modCount++; //修改次数 + 1
        return null;
    }

int cmp; //cmp表示key排序的返回结果

Entry<K,V> parent; //父节点
// split comparator and comparable paths
Comparator<? super K> cpr = comparator; //指定的排序算法

//如果cpr不为空，则采用既定的排序算法进行创建TreeMap集合
    if (cpr != null) {
        do {
            parent = t; //parent指向上次循环后的t
            cmp = cpr.compare(key, t.key); //比较新增节点的key和当前节点key的大小

        //cmp返回值小于0，表示新增节点的key小于当前节点的key，则以当前节点的左子节点作为新的当前节点
            if (cmp < 0)
                t = t.left;

        //cmp返回值大于0，表示新增节点的key大于当前节点的key，则以当前节点的右子节点作为新的当前节点
            else if (cmp > 0)
                t = t.right;

        //cmp返回值等于0，表示两个key值相等，则新值覆盖旧值，并返回新值
            else
                return t.setValue(value);
        } while (t != null);
    }

//如果cpr为空，则采用默认的排序算法进行创建TreeMap集合（默认构造方法时cpr为null）
    else {
        if (key == null) //key值为空抛出异常
            throw new NullPointerException();

/* 下面处理过程用compareTo比较和上面一样 */
        Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
        do {
            parent = t;
            cmp = k.compareTo(t.key);
            if (cmp < 0)
                t = t.left;
            else if (cmp > 0)
                t = t.right;
            else
                return t.setValue(value);
        } while (t != null);
    }

//将新增节点当做parent的子节点
Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);

//如果新增节点的key小于parent的key，则当做左子节点
    if (cmp < 0)
        parent.left = e;
    else

//如果新增节点的key小于parent的key，则当做左子节点
parent.right = e;

* 上面已经完成了排序二叉树的的构建，将新增节点插入该树中的合适位置

* 下面fixAfterInsertion()方法就是对这棵树进行调整、平衡

     */
    fixAfterInsertion(e);
    size++; //TreeMap元素数量 + 1
    modCount++; //TreeMap容器修改次数 + 1
    return null;
}

5.1 fixAfterInsertion(e)把二叉树调整为红黑树;

上面代码中do{}代码块是实现排序二叉树的核心算法，通过该算法我们可以确认新增节点在该树的正确位置。找到正确位置后将插入即可，这样做了其实还没有完成，因为我知道TreeMap的底层实现是红黑树，红黑树是一棵平衡排序二叉树，普通的排序二叉树可能会出现失衡的情况，所以下一步就是要进行调整。fixAfterInsertion(e); 调整的过程务必会涉及到红黑树的左旋、右旋、着色三个基本操作。代码如下：

private void fixAfterInsertion(Entry<K,V> x) { // Entry<K,V> x表示新增节点
x.color = RED; //新增节点的颜色为红色

   //循环直到 x不是根节点，且x的父节点不为红色
    while (x != null && x != root && x.parent.color == RED) {
        //如果X的父节点（P）是其父节点的父节点（G）的左节点

if (parentOf(x) == leftOf(parentOf(parentOf(x)))) {

//获取X的叔节点(U)
Entry<K,V> y = rightOf(parentOf(parentOf(x)));

//如果X的叔节点（U）为红色（情况三）
if (colorOf(y) == RED) {

//将X的父节点（P）设置为黑色
setColor(parentOf(x), BLACK);

//将X的叔节点（U）设置为黑色
setColor(y, BLACK);

             //将X的父节点的父节点（G）设置红色
                setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
                x = parentOf(parentOf(x));

//如果X的叔节点（U为黑色）；这里会存在两种情况（情况四、情况五）
} else {

//如果X节点为其父节点（P）的右子树，则进行左旋转（情况四）
if (x == rightOf(parentOf(x))) {

//将X的父节点作为X
x = parentOf(x);

                     //右旋转
                    rotateLeft(x);
                }

//（情况五）

//将X的父节点（P）设置为黑色
setColor(parentOf(x), BLACK);

//将X的父节点的父节点（G）设置红色
setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);

               //以X的父节点的父节点（G）为中心右旋转
                rotateRight(parentOf(parentOf(x)));
            }

//如果X的父节点（P）是其父节点的父节点（G）的右节点
} else {

//获取X的叔节点（U）
Entry<K,V> y = leftOf(parentOf(parentOf(x)));
if (colorOf(y) == RED) {

//将X的父节点（P）设置为黑色
setColor(parentOf(x), BLACK);

//将X的叔节点（U）设置为黑色
setColor(y, BLACK);

               //将X的父节点的父节点（G）设置红色
                setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
                x = parentOf(parentOf(x));
            }