Java TreeMap 详解指南

Java中的TreeMap用于存储键值对，非常类似于HashMap类。不同之处在于，TreeMap提供了一种高效的方式来按排序顺序存储键/值对。它是基于红黑树的NavigableMap实现。

在这个Java TreeMap教程中，我们将学习TreeMap类、它的方法、用途以及其他重要细节。

1.TreeMap层次结构

在Java中，TreeMap类的声明如下。它扩展了AbstractMap类并实现了NavigableMap接口。这里的 ‘K’ 是键的类型，’V’ 是键的映射值的类型。

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

2.TreeMap特点

关于Java TreeMap类的重要点有：

它存储键值对，类似于HashMap。
它只允许不同的键。重复的键是不可能的。
它不能具有空键，但可以具有多个空值。
它以排序顺序（自然顺序）或在映射创建时提供的比较器的方式存储键。
对于containsKey、get、put和remove操作，它提供了确保的log(n)时间成本。
它不是同步的。在并发环境中使用Collections.synchronizedSortedMap(new TreeMap())来工作。

3.TreeMap构造函数

TreeMap有五种类型的构造函数：

TreeMap()：创建一个新的空树映射，使用其键的自然排序。
TreeMap(Comparator c)：创建一个新的空树映射，根据给定的比较器进行排序。
TreeMap(Map map)：创建一个包含与给定映射相同的映射的新树映射，根据其键的自然排序进行排序。
TreeMap(SortedMap map)：创建一个包含与指定的已排序映射相同的映射，并使用相同的排序方式的新树映射。

4.TreeMap方法

我们应该了解的TreeMap的重要方法如下：

void clear()：从映射中删除所有键值对。
int size()：返回映射中存在的键值对的数量。
boolean isEmpty()：如果此映射不包含键值映射，则返回true。
boolean containsKey(Object key)：如果映射中存在指定的键，则返回’true’。
boolean containsValue(Object key)：如果指定值映射到映射中的至少一个键，则返回’true’。
Object get(Object key)：检索由指定键映射的值，如果此映射不包含键的映射，则返回null。
Object remove(Object key)：如果存在，从映射中删除指定键的键值对。
Comparator comparator()：返回用于按键在此映射中排序的比较器，如果此映射使用其键的自然排序，则返回null。
Object firstKey()：返回树映射中当前的第一个（最小）键。
Object lastKey()：返回树映射中当前的最后一个（最大）键。
Object ceilingKey(Object key)：返回大于或等于给定键的最小键，如果没有这样的键，则返回null。
Object higherKey(Object key)：返回严格大于指定键的最小键。
NavigableMap descendingMap()：返回包含在此映射中包含的映射的反向顺序视图。

5.Java TreeMap示例

5.1. 使用自然排序的TreeMap示例

Java程序演示了使用自然排序的TreeMap方法的用法。

import java.util.Iterator; import java.util.TreeMap; public class LinkedHashMapExample { public static void main(String[] args) { //默认自然排序 TreeMap<Integer, String> pairs = new TreeMap<>(); pairs.put(2, "B"); pairs.put(1, "A"); pairs.put(3, "C"); String value = pairs.get(3); //获取方法 System.out.println(value); value = pairs.getOrDefault(5, "oops"); //getOrDefault 方法 System.out.println(value); //迭代示例 Iterator<Integer> iterator = pairs.keySet().iterator(); while(iterator.hasNext()) { Integer key = iterator.next(); System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + pairs.get(key)); } //Remove example pairs.remove(3); System.out.println(pairs); System.out.println(pairs.containsKey(1)); //containsKey 方法 System.out.println(pairs.containsValue("B")); //containsValue 方法 System.out.println(pairs.ceilingKey(2)); } }

输出：

C oops Key: 1, Value: A Key: 2, Value: B Key: 3, Value: C {1=A, 2=B} true true 2

5.2. 使用Comparator进行自定义排序的TreeMap示例

import java.util.Iterator; import java.util.TreeMap; public class LinkedHashMapExample { public static void main(String[] args) { //对key进行逆序排序 TreeMap<Integer, String> pairs = new TreeMap<>(Collections.reverseOrder()); pairs.put(2, "B" ); pairs.put(1, "A"); pairs.put(3, "C"); System.out.println(pairs);// {3=C, 2=B, 1=A} } }

6. TreeMap用途

无论是使用默认排序还是使用比较器进行自定义排序，TreeMap提供了一种高效的方法来以排序方式存储和检索其中包含的信息。这使得它成为在需要以排序方式显示信息的情况下使用的出色工具。例如，基于年龄的员工信息或在任何移动应用程序中的电话号码。

另一个有用的用例可能是字典，其中信息以排序方式记录和显示。

实际上，在任何需要排序信息并需要快速随机访问的地方都很有用。如果不需要随机访问，那么最好使用已排序的集合或列表。

7.TreeMap性能

TreeMap提供了大多数操作（如add()、remove()和contains()）的log(n)性能。HashMap在相同操作上具有常数时间性能O(1)。从这个角度看，HashMap的性能比TreeMap要好得多。

TreeMap在内存管理方面具有更好的性能，因为它不在内部维护数组来存储键值对。在HashMap中，数组大小是在初始化或调整大小时确定的，如果在那时往往大于所需的大小，就会浪费内存。TreeMap没有这样的问题。

8.TreeMap中的并发

Map的两个版本，HashMap和TreeMap都不是同步的，程序员需要在Map上管理并发访问。

我们可以显式地获得树映射的同步视图，使用Collections.synchronizedSortedMap(new TreeMap())。

Map<Integer, String> syncTreeMap = Collections.synchronizedSortedMap(new TreeMap<Integer, String>()); syncTreeMap.put(1, "A"); syncTreeMap.put(2, "B" ); syncTreeMap.put(3, "C");