java treeset的原理是什么

Java TreeSet是一个实现了NavigableSet、Cloneable和java.io.Serializable接口的集合类。TreeSet是基于TreeMap实现的，它的主要特性包括有序性和唯一性。TreeSet中的元素支持两种排序方式：自然排序或者根据创建TreeSet时提供的Comparator进行排序。TreeSet的底层实现是红黑树，这是一种自平衡的二叉搜索树，可以在O(log n)时间复杂度内完成插入、查找、删除等操作。TreeSet是适用于需要有序存储唯一元素的场景的理想选择。

Java TreeSet 是 Java 集合框架中的一种数据结构，它实现了 Set 接口和 SortedSet 接口，TreeSet 是基于红黑树（Red-Black Tree）实现的有序集合，可以保证元素的唯一性和排序性，本文将详细介绍 Java TreeSet 的原理、特点以及使用方法。

原理

1、1 红黑树

红黑树是一种自平衡的二叉查找树，它的每个节点都有一个颜色属性（红色或黑色），红黑树具有以下性质：

每个节点要么是红色，要么是黑色。

根节点是黑色的。

每个叶子节点（NIL节点，空节点）是黑色的。

如果一个节点是红色的，则它的两个子节点都是黑色的。

对于每个节点，从该节点到其所有后代叶子节点的简单路径上，均包含相同数目的黑色节点。

1、2 TreeSet 的实现

TreeSet 是基于红黑树实现的有序集合，它的内部结构是一个红黑树，TreeSet 的主要操作包括添加元素、删除元素、查找元素、遍历元素等，这些操作的时间复杂度都是 O(log n)，n 是 TreeSet 中元素的个数。

特点

2、1 有序性

TreeSet 中的元素是按照自然顺序或者自定义比较器进行排序的，如果使用自然顺序排序，那么元素的类型需要实现 Comparable 接口；如果使用自定义比较器排序，那么元素的类型需要实现 Comparator 接口。

2、2 唯一性

TreeSet 不允许存储重复的元素，当向 TreeSet 中添加重复元素时，新元素会替换掉原有的重复元素。

2、3 线程安全性

TreeSet 不是线程安全的，如果需要在多线程环境下使用 TreeSet，可以使用 Collections.synchronizedSortedSet() 方法将其转换为同步的有序集合。

使用方法

3、1 创建 TreeSet

创建 TreeSet 有两种方法：一种是创建一个空的 TreeSet，另一种是创建一个包含初始元素的 TreeSet，以下是两种创建 TreeSet 的方法：

// 创建一个空的 TreeSet
TreeSet<String> treeSet = new TreeSet<>();
// 创建一个包含初始元素的 TreeSet
TreeSet<String> treeSetWithElements = new TreeSet<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));

3、2 添加元素

向 TreeSet 中添加元素有两种方法：一种是 add() 方法，另一种是 put() 方法，add() 方法只有在集合中不存在相同元素时才会添加成功；put() 方法无论集合中是否存在相同元素，都会添加成功并返回之前的元素（如果有的话），以下是两种添加元素的方法：

treeSet.add("D"); // 添加成功，因为集合中不存在 "D" 这个元素
treeSet.add("A"); // 添加失败，因为集合中已经存在 "A" 这个元素
treeSet.put("E"); // 添加成功，并返回之前的元素（如果有的话），这里没有之前的元素，所以返回 null

3、3 删除元素

从 TreeSet 中删除元素有两种方法：一种是 remove() 方法，另一种是 poll() 方法，remove() 方法会删除指定元素并返回 true；poll() 方法会删除并返回指定元素的第一个匹配项，如果没有找到匹配项则返回 null，以下是两种删除元素的方法：

treeSet.remove("A"); // 删除成功，并返回 true
treeSet.poll("B"); // 删除成功，并返回 "B" 这个元素，如果没有找到匹配项则返回 null

3、4 查找元素

在 TreeSet 中查找元素有两种方法：一种是 contains() 方法，另一种是 floor() 方法，contains() 方法用于判断集合中是否包含指定元素；floor() 方法用于查找指定元素的最小值（或下界），如果集合中不存在该元素，则返回 null，以下是两种查找元素的方法：

boolean containsA = treeSet.contains("A"); // true，因为集合中包含 "A" 这个元素
String floorB = treeSet.floor("B"); // "B"，因为集合中存在 "B" 这个元素的最小值（或下界）

相关问题与解答

Q1：TreeSet 是否支持并发访问？

A1：TreeSet 不是线程安全的，如果需要在多线程环境下使用 TreeSet，可以使用 Collections.synchronizedSortedSet() 方法将其转换为同步的有序集合，这种方法只是对整个集合进行了同步，而不是对每个单独的操作进行同步，在高并发场景下，建议使用其他线程安全的数据结构，如 ConcurrentSkipListMap。

Q2：如何获取 TreeSet 的大小？

A2：可以使用 size() 方法获取 TreeSet 的大小。int size = treeSet.size();，需要注意的是，size() 方法的时间复杂度为 O(n)，因此在性能敏感的场景下，不建议频繁调用 size() 方法，可以通过迭代器或者其他方式间接获取大小。