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在Java里TreeMap是如何排序的_TreeMap红黑树解析

P粉602998670

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发布时间:2025-12-22 09:18:31

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来源于php中文网

原创

TreeMap 按 key 排序,依赖红黑树结构与 key 的可比较性:自然排序(Comparable)或定制排序(Comparator),插入即有序,遍历、范围查询和极值定位均高效。

在java里treemap是如何排序的_treemap红黑树解析

TreeMap 的排序不是靠“记住插入顺序”,而是靠底层红黑树在每次插入时,**依据 key 的大小关系决定存放位置**,并自动调整结构维持有序性。它不排序“值”,只按 key 排序;且这个排序逻辑,在初始化时就已确定——要么用 key 自带的自然顺序(自然排序),要么用你传入的比较规则(定制排序)。

排序依赖 key 的可比较性

TreeMap 要求 key 必须能比较大小,否则运行时报 ClassCastExceptionNullPointerException。满足方式有两种:

  • key 类型实现 Comparable 接口(如 StringIntegerLocalDate),重写 compareTo() 方法
  • 创建 TreeMap 时显式传入 Comparator 实例,比如 new TreeMap((a, b) -> a.length() - b.length())

内部通过一个 comparator 字段区分:为 null 表示走自然排序;非 null 则调用其 compare(key1, key2)

红黑树保证插入即有序

TreeMap 底层是红黑树,属于自平衡二叉搜索树。它的排序能力来自两个层面:

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  • 二叉搜索树性质:对任意节点,左子树所有 key 小于它,右子树所有 key 大于它 —— 这决定了中序遍历结果天然有序
  • 红黑树自平衡机制:插入/删除后自动执行旋转(leftRotate / rightRotate)和变色(recolor),确保最长路径 ≤ 2 倍最短路径,从而维持 O(log n) 时间复杂度

也就是说,你调 put(5, "E") 时,TreeMap 不是先存再排序,而是直接找到“应该放的位置”,再平衡整棵树。

排序结果直接影响遍历与范围操作

因为数据物理上就按 key 有序组织,所以:

  • entrySet()keySet()values() 遍历时,天然按键升序输出
  • 支持高效范围查询:subMap(fromKey, toKey)headMap(toKey)tailMap(fromKey) 都基于红黑树的结构直接切片,不是过滤后排序
  • 快速定位极值:firstKey()lastKey()floorKey(k)ceilingKey(k) 全部是 O(log n)

注意重复 key 的判定逻辑

TreeMap 不允许 key 重复。判断“是否重复”的依据,就是你设定的比较逻辑:

  • compare(key1, key2) == 0,就认为是同一个 key,新 value 会覆盖旧 value
  • 例如两个 Person("Mike", 17),如果 compareTo 中只比 age,那它们会被视为相同 key;若还加了 name 比较,则需 age 和 name 都相等才覆盖

这说明:排序规则 = 唯一性规则。设计 compareToComparator 时,必须明确“什么才算同一个 key”。

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