先看再點贊，給自己一點思考的時間，微信搜尋【沉默王二】關注這個有顏值卻假裝靠才華苟且的程式設計師。
本文 GitHub github.com/itwanger 已收錄，裡面還有我精心為你準備的一線大廠面試題。
吃飯間隙，迷上了《吐槽大會》，一集一集地刷啊，覺得這些嘉賓真的挺有勇氣的，敢於直面自己的慘淡槽點。於是，同學們看到了，我作為一個技術博主，也受到了“傳染”，不，受到了“薰陶”，本來這篇文章標題就想叫《TreeMap 指南》，是不是有點平淡無奇，沒有槽點？於是我就想，不妨蹭點吐槽大會的熱度吧，雖然吐槽大會現在也沒什麼熱度了哈。
TreeMap，雖然也是個 Map，但存在感太低了。我做程式設計師這十多年裡，HashMap 用了超過十年，TreeMap 只用了多字裡那麼一小會兒一小會兒，真的是，太慘了。
雖然 TreeMap 用得少，但還是有用處的。
之前 LinkedHashMap 那篇文章裡提到過了，HashMap 是無序的，所有有了 LinkedHashMap，加上了雙向連結串列後，就可以保持元素的插入順序和訪問順序，那 TreeMap 呢？
TreeMap 由紅黑樹實現，可以保持元素的自然順序，或者實現了 Comparator 介面的自定義順序。
可能有些同學不知道紅黑樹，理解起來 TreeMap 就有點難度，那我先來普及一下：
紅黑樹（英語：Red–black tree）是一種自平衡的二叉查詢樹（Binary Search Tree），結構複雜，但卻有著良好的效能，完成查詢、插入和刪除的時間複雜度均為 log(n)。
二叉查詢樹又是什麼呢？
上圖中這棵樹，就是一顆典型的二叉查詢樹：
1）左子樹上所有節點的值均小於或等於它的根結點的值。
2）右子樹上所有節點的值均大於或等於它的根結點的值。
3）左、右子樹也分別為二叉排序樹。
理解二叉查詢樹了吧？不過，二叉查詢樹有一個不足，就是容易變成瘸子，就是一側多，一側少，就像下圖這樣：
查詢的效率就要從 log(n) 變成 o(n) 了，對吧？必須要平衡一下，對吧？於是就有了平衡二叉樹，左右兩個子樹的高度差的絕對值不超過 1，就像下圖這樣：
紅黑樹，顧名思義，就是節點是紅色或者黑色的平衡二叉樹，它通過顏色的約束來維持著二叉樹的平衡：
1）每個節點都只能是紅色或者黑色
2）根節點是黑色
3）每個葉節點（NIL 節點，空節點）是黑色的。
4）如果一個節點是紅色的，則它兩個子節點都是黑色的。也就是說在一條路徑上不能出現相鄰的兩個紅色節點。
5）從任一節點到其每個葉子的所有路徑都包含相同數目的黑色節點。
那，關於紅黑樹，同學們就先了解到這，腦子裡有個大概的印象，知道 TreeMap 是個什麼玩意。
01、自然順序
預設情況下，TreeMap 是根據 key 的自然順序排列的。比如說整數，就是升序，1、2、3、4、5。
TreeMap<Integer,String> mapInt = new TreeMap<>();
mapInt.put(3, "沉默王二");
mapInt.put(2, "沉默王二");
mapInt.put(1, "沉默王二");
mapInt.put(5, "沉默王二");
mapInt.put(4, "沉默王二");
System.out.println(mapInt);
輸出結果如下所示：
{1=沉默王二, 2=沉默王二, 3=沉默王二, 4=沉默王二, 5=沉默王二}
TreeMap 是怎麼做到的呢？想一探究竟，就得上原始碼了，來看 TreeMap 的 put() 方法（省去了一部分，版本為 JDK 14）：
public V put(K key, V value) {
TreeMap.Entry<K,V> t = root;
int cmp;
TreeMap.Entry<K,V> parent;
// split comparator and comparable paths
Comparator<? super K> cpr = comparator;
if (cpr != null) {
}
else {
@SuppressWarnings("unchecked")
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);
}
return null;
}
注意 cmp = k.compareTo(t.key) 這行程式碼，就是用來進行 key 的比較的，由於此時 key 是 int，所以就會呼叫 Integer 類的 compareTo() 方法進行比較。
public int compareTo(Integer anotherInteger) {
return compare(this.value, anotherInteger.value);
}
public static int compare(int x, int y) {
return (x < y) ? -1 : ((x == y) ? 0 : 1);
}
那相應的，如果 key 是字串的話，也就會呼叫 String 類的 compareTo() 方法進行比較。
public int compareTo(String anotherString) {
byte v1[] = value;
byte v2[] = anotherString.value;
byte coder = coder();
if (coder == anotherString.coder()) {
return coder == LATIN1 ? StringLatin1.compareTo(v1, v2)
: StringUTF16.compareTo(v1, v2);
}
return coder == LATIN1 ? StringLatin1.compareToUTF16(v1, v2)
: StringUTF16.compareToLatin1(v1, v2);
}
由於內部是由字串的位元組陣列的字元進行比較的，是不是聽起來很繞？對，就是很繞，所以使用中文字串作為 key 的話，看不出來效果。
TreeMap<String,String> mapString = new TreeMap<>();
mapString.put("c", "沉默王二");
mapString.put("b", "沉默王二");
mapString.put("a", "沉默王二");
mapString.put("e", "沉默王二");
mapString.put("d", "沉默王二");
System.out.println(mapString);
輸出結果如下所示：
{a=沉默王二, b=沉默王二, c=沉默王二, d=沉默王二, e=沉默王二}
字母的升序，對吧？
02、自定義排序
如果自然順序不滿足，那就可以在宣告 TreeMap 物件的時候指定排序規則。
TreeMap<Integer,String> mapIntReverse = new TreeMap<>(Comparator.reverseOrder());
mapIntReverse.put(3, "沉默王二");
mapIntReverse.put(2, "沉默王二");
mapIntReverse.put(1, "沉默王二");
mapIntReverse.put(5, "沉默王二");
mapIntReverse.put(4, "沉默王二");
System.out.println(mapIntReverse);
TreeMap 提供了可以指定排序規則的構造方法：
public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) {
this.comparator = comparator;
}
Comparator.reverseOrder() 返回的是 ReverseComparator 物件，就是用來反轉順序的，非常方便。
所以，輸出結果如下所示：
{5=沉默王二, 4=沉默王二, 3=沉默王二, 2=沉默王二, 1=沉默王二}
HashMap 是無序的，插入的順序隨著元素的增加會不停地變動。但 TreeMap 能夠至始至終按照指定的順序排列，這對於需要自定義排序的場景，實在是太有用了！
03、排序的好處
既然 TreeMap 的元素是經過排序的，那找出最大的那個，最小的那個，或者找出所有大於或者小於某個值的鍵來說，就方便多了。
Integer highestKey = mapInt.lastKey();
Integer lowestKey = mapInt.firstKey();
Set<Integer> keysLessThan3 = mapInt.headMap(3).keySet();
Set<Integer> keysGreaterThanEqTo3 = mapInt.tailMap(3).keySet();
System.out.println(highestKey);
System.out.println(lowestKey);
System.out.println(keysLessThan3);
System.out.println(keysGreaterThanEqTo3);
TreeMap 考慮得很周全，恰好就提供了 lastKey()、firstKey() 這樣獲取最後一個 key 和第一個 key 的方法。
headMap() 獲取的是到指定 key 之前的 key；tailMap() 獲取的是指定 key 之後的 key（包括指定 key）。
來看一下輸出結果：
5
1
[1, 2]
[3, 4, 5]
04、如何選擇 Map
在學習 TreeMap 之前，我們已經學習了 HashMap 和 LinkedHashMap ，那如何從它們三個中間選擇呢？
HashMap、LinkedHashMap、TreeMap 都實現了 Map 介面，並提供了幾乎相同的功能（增刪改查）。它們之間最大的區別就在於元素的順序：
HashMap 完全不保證元素的順序，新增了新的元素，之前的順序可能完全逆轉。
LinkedHashMap 預設會保持元素的插入順序。
TreeMap 預設會保持 key 的自然順序（根據 compareTo() 方法）。
來個表格吧，一目瞭然。
謝謝大家，下期見，同學們。
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