SortedMap、NavigableMap、TreeMap介绍和使用

标签：NavigableMap 映射 SortedMap TreeMap 键值排序

SortedMap、NavigableMap、TreeMap介绍和使用

SortedMap接口：SortedMap是一个接口，继承自Map接口，它定义了对键值对按照键的自然顺序或自定义顺序进行排序的功能。SortedMap中的键值对是按照键的顺序排列的，因此可以根据键的顺序进行范围查找和遍历操作。SortedMap接口提供了一系列的导航方法和有序操作方法。

NavigableMap接口：NavigableMap是SortedMap接口的子接口，它在SortedMap的基础上增加了一些额外的导航方法，使得对有序键值对的操作更加方便和灵活。NavigableMap接口提供了lowerKey、floorKey、ceilingKey、higherKey等导航方法，以及pollFirstEntry、pollLastEntry等移除并返回最小/最大键值对的方法。

TreeMap类：TreeMap是SortedMap接口的实现类，它使用红黑树数据结构来实现有序映射。TreeMap根据键的自然顺序或自定义比较器对键值对进行排序，并保持键值对的有序性。TreeMap提供了对键值对的插入、查找、删除和范围操作等常用功能。

SortedMap

在实际开发中，我们绝大多数用到HashMap，只有极个别情况下，才会使用其他的Map的拓展集合。

官方介绍：

进一步提供键的总排序的Map。映射根据其键的自然顺序排序，或者由通常在排序映射创建时提供的Comparator排序。这个顺序在迭代排序映射的集合视图时反映出来(由entrySet、keySet和values方法返回)。

提供了几个额外的操作来利用排序。(这个接口是SortedSet的映射模拟。)插入到排序映射中的所有键都必须实现Comparable接口(或被指定的比较器接受)。此外，所有这样的键必须是相互比较的:k1. compareto (k2)(或comparator.compare(k1, k2))不能对排序映射中的任何键k1和k2抛出ClassCastException。试图违反此限制将导致违规方法或构造函数调用抛出ClassCastException。

注意，如果排序映射要正确实现map接口，那么由排序映射维护的排序(无论是否提供显式比较器)必须与equals保持一致。(参见Comparable接口或Comparator接口了解consistent with equals的精确定义。)这是因为Map接口是根据equals操作定义的，但是排序映射使用它的compareTo(或compare)方法执行所有键比较，因此从排序映射的角度来看，该方法认为相等的两个键是相等的。

树状映射的行为是定义良好的，即使它的顺序与等号不一致;它只是没有遵守Map接口的一般约定。所有通用排序映射实现类都应该提供四个“标准”构造函数。虽然不能通过接口指定必需的构造函数，但不可能强制执行此建议。所有排序映射实现的预期“标准”构造函数是:

一个void(无参数)构造函数，它创建一个根据键的自然顺序排序的空排序映射。
具有单个Comparator类型参数的构造函数，它创建一个根据指定的比较器排序的空排序映射。
具有单个Map类型参数的构造函数，它创建一个具有与其参数相同的键值映射的新映射，并根据键的自然顺序进行排序。
具有SortedMap类型的单个参数的构造函数，它创建一个新的排序映射，该映射具有与输入排序映射相同的键值映射和相同的顺序。

注意:一些方法返回具有受限键范围的子映射。这些范围是半开的，也就是说，它们包括低点，但不包括高点(在适用的情况下)。如果需要封闭范围(包括两个端点)，并且密钥类型允许计算给定密钥的后继值，则只需请求从lowEndpoint到后继值(highEndpoint)的子范围。

例如，假设m是一个键为字符串的映射。下面的习惯用法获取一个视图，其中包含m中键值在low和high之间的所有键值映射，包括:SortedMap<String, V> sub = m. submap (low, high+"\0");可以使用类似的技术来生成一个开放范围(不包含端点)。下面的用法获取一个视图，该视图包含m中所有键值在low和high之间且互斥的键值映射:SortedMap<String, V> sub = m. submap (low+"\0"， high);该接口是Java集合框架的成员。

简述

SortedMap就是Java中的一个接口，继承自Map接口，提供了对键值对按照键的自然顺序或者自定义顺序进行排序的功能，SortMap中及那只对是按照键的顺序排序的，因此可以根据键值的顺序进行范围查找和遍历操作。

SortedMap接口的常用实现类是TreeMap，也就是我们标题中的最后一个，使用的是红黑树数据结构来实现有序映射，TreeMap根据键的自然顺序或自定义比较器对键进行排序，并保持键值对的有序性。
在这里插入图片描述

SortedMap 示例

public class SortedMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        SortedMap<Integer,String> sortedMap = new TreeMap<>();

        sortedMap.put(3,"Apple");
        sortedMap.put(1,"Banana");
        sortedMap.put(2,"Orange");

        System.out.println(sortedMap); //{1=Banana, 2=Orange, 3=Apple}

        SortedMap<Integer,String> subMap = sortedMap.subMap(1,3);
        System.out.println(subMap); //{1=Banana, 2=Orange}
    }
}

我们创建了一个SortedMap对象，使用TreeMap作为实现类。我们向SortedMap中插入了三个键值对，并输出SortedMap的内容，可以看到键值对按照键的自然顺序排列。

我们还使用subMap方法获取了SortedMap的子映射，范围是从键1（包含）到键3（不包含）。输出子映射的内容，可以看到子映射中的键值对也是按照键的顺序排列的。

SortedMap的优缺点

优点：

有序性：sortedMap保持键值对的有效性，可以根据键的顺序进行范围查找和遍历操作。
提供子映射： SortedMap提供了subMap方法，可以获取原有映射的子映射，方便进行范围操作。
可自定义排序：SortedMap可以根据自然顺序或自定义比较器对键进行排序，灵活性较强。

缺点：

内存占用：相比于普通的HashMap，SortedMap需要额外的内存来维护有效性，因此可能会占用跟多的内存空间。
插入和删除性能略低：由于需要维护有效性，SortedMap在插入和删除元素的时候，相对于普通的HashMap会略微降低性能。

使用场景

当需要按照键的顺序进行范围查找或遍历操作时，可以使用SortedMap。
当需要根据键的顺序对映射进行排序时，可以使用SortedMap。
当需要获取子映射进行范围操作时，可以使用SortedMap。

NavigableMap

官方介绍

SortedMap扩展了导航方法，返回给定搜索目标的最接近匹配项。方法lowerEntry, floorEntry, ceilingEntry, higherEntry返回Map。与键相关联的条目对象分别小于、小于或等于、大于或等于和大于给定键，如果没有这样的键则返回null。类似地，方法lowerKey、floorKey、ceilingKey和higherKey只返回关联的键。所有这些方法都是为定位而设计的，而不是遍历条目。

NavigableMap可以按升序或降序键来访问和遍历。descendingMap方法返回地图的视图，其中所有关系方法和方向方法的含义颠倒。升序操作和视图的性能可能比降序操作和视图的性能快。方法subMap、headMap和tailMap与同名的SortedMap方法的不同之处在于，它们接受描述下界和上界是包含还是排斥的附加参数。

任何NavigableMap的子映射都必须实现NavigableMap接口。该接口还定义了方法firstEntry、pollFirstEntry、lastEntry和pollLastEntry，它们返回或删除最小和最大映射(如果存在的话)，否则返回null。入口返回方法的实现期望返回Map。条目对表示生成映射时的快照，因此通常不支持可选的条目。setValue方法。但是请注意，可以使用put方法更改关联映射中的映射。方法subMap(K, K)， headMap(K)和tailMap(K)被指定返回SortedMap，以允许SortedMap的现有实现被兼容地改造以实现NavigableMap，但鼓励此接口的扩展和实现覆盖这些方法以返回NavigableMap。类似地，可以重写keySet()以返回NavigableSet。该接口是Java集合框架的成员。

简述

在Java中，NavigableMap是SortedMap接口的子接口，它提供了一系列用于导航和操作有序键值对的方法。NavigableMap在SortedMap的基础上增加了一些额外的导航方法，使得对有序映射的操作更加方便和灵活。

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常用的导航方法：

lowerKey(K key) ：返回小于给定键的最大键，如果不存在则返回null。
floorKey(K key) ：返回小于等于给定键的最大键，如果不存在则返回null。
ceilingKey(K key)：返回大于等于给定键的最小键，如果不存在则返回null。
higherKey(K key)：返回大于给定键的最小键，如果不存在则返回null。
pollFirstEntry()：移除并返回最小的键值对，如果映射为空则返回null。
pollLastEntry()：移除并返回最大的键值对，如果映射为空则返回null。
descendingMap()：返回一个与原有映射相反顺序的NavigableMap。

NavigableMap的常用实现类是TreeMap，它实现了NavigableMap接口，并使用红黑树数据结构来实现有序映射。通过NavigableMap的导航方法，我们可以方便地进行范围查找、获取最小/最大键值对、移除最小/最大键值对等操作。

示例

public class NavigableMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        NavigableMap<Integer, String> navigableMap = new TreeMap<>();

        navigableMap.put(1, "Apple");
        navigableMap.put(3, "Banana");
        navigableMap.put(5, "Orange");
        navigableMap.put(7, "Grapes");

        System.out.println(navigableMap); // 输出：{1=Apple, 3=Banana, 5=Orange, 7=Grapes}

        System.out.println(navigableMap.lowerKey(4)); // 输出：3
        System.out.println(navigableMap.floorKey(4)); // 输出：3
        System.out.println(navigableMap.ceilingKey(4)); // 输出：5
        System.out.println(navigableMap.higherKey(4)); // 输出：5

        System.out.println(navigableMap.pollFirstEntry()); // 输出：1=Apple
        System.out.println(navigableMap.pollLastEntry()); // 输出：7=Grapes

        System.out.println(navigableMap.descendingMap()); // 输出：{5=Orange, 3=Banana}
    }
}

output:
{1=Apple, 3=Banana, 5=Orange, 7=Grapes}
3
3
5
5
1=Apple 7=Grapes
{5=Orange, 3=Banana}

我们创建了一个NavigableMap对象，使用TreeMap作为实现类。我们向NavigableMap中插入了四个键值对，并输出NavigableMap的内容。

然后，我们使用NavigableMap的导航方法进行范围查找和获取最小/最大键值对的操作。我们还使用pollFirstEntry和pollLastEntry方法移除并返回最小/最大的键值对。最后，我们使用descendingMap方法获取与原有映射相反顺序的NavigableMap。

优缺点和使用场景

优点

导航功能：NavigableMap提供了一系列导航方法，如lowerKey、floorKey、ceilingKey、higherKey等，使得对有序键值对的范围查找和导航操作更加方便和灵活。
有序性：NavigableMap保持键值对的有序性，可以根据键的顺序进行范围查找、遍历和操作。
提供子映射：NavigableMap提供了subMap、headMap和tailMap等方法，可以获取原有映射的子映射，方便进行范围操作。
可自定义排序：NavigableMap可以根据自然顺序或自定义比较器对键进行排序，灵活性较高。

缺点

内存占用：相比于普通的HashMap，NavigableMap需要额外的内存来维护有序性，因此可能占用更多的内存空间。
插入和删除性能略低：由于需要维护有序性，NavigableMap在插入和删除元素时，相对于普通的HashMap会略微降低性能。

使用场景

当需要对有序键值对进行范围查找、遍历和操作时，可以使用NavigableMap。
当需要获取最小/最大键值对或根据键的顺序进行导航操作时，可以使用NavigableMap。
当需要获取子映射进行范围操作时，可以使用NavigableMap。

TreeMap

官方介绍

一个基于红黑树的NavigableMap实现。根据键的自然顺序或在创建映射时提供的Comparator对映射进行排序，这取决于使用的是哪个构造函数。这个实现为containsKey、get、put和remove操作提供了保证的log(n)时间成本。算法改编自Cormen、Leiserson和Rivest的《算法导论》。

请注意，如果这个排序映射要正确实现map接口，那么树状映射所维护的排序(与任何排序映射一样)以及是否提供显式比较器都必须与equals一致。(参见Comparable或Comparator对consistent with equals的精确定义。)这是因为Map接口是根据equals操作定义的，但是排序映射使用它的compareTo(或compare)方法执行所有键比较，因此从排序映射的角度来看，该方法认为相等的两个键是相等的。排序映射的行为是定义良好的，即使它的排序与等号不一致;它只是没有遵守Map接口的一般约定。

注意，这个实现是不同步的。如果多个线程并发地访问一个映射，并且至少有一个线程在结构上修改了映射，那么它必须在外部同步。(结构修改是添加或删除一个或多个映射的任何操作;仅仅改变与现有键相关联的值不是结构修改。)这通常是通过对一些自然封装映射的对象进行同步来完成的。

如果不存在这样的对象，则应该使用集合对映射进行“包装”。synchronizedSortedMap方法。这最好在创建时完成，以防止意外地对映射进行非同步访问:SortedMap m = Collections。synchronizedSortedMap(新TreeMap(…));这个类的所有“集合视图方法”返回的集合的迭代器方法返回的迭代器是快速失败的:如果在迭代器创建后的任何时间，以除通过迭代器自己的remove方法之外的任何方式修改映射，迭代器将抛出ConcurrentModificationException。

因此，在面对并发修改时，迭代器会快速而干净地失败，而不是在未来不确定的时间冒任意的、不确定的行为的风险。

请注意，不能保证迭代器的快速故障行为，因为一般来说，在存在非同步并发修改的情况下不可能做出任何硬保证。快速失败迭代器在尽最大努力的基础上抛出ConcurrentModificationException。因此，编写依赖于此异常的程序以确保其正确性是错误的:迭代器的快速失败行为应该仅用于检测错误。所有的地图。该类及其视图中的方法返回的条目对表示生成映射时的快照。他们不支持入盟。setValue方法。(但是请注意，可以使用put更改关联映射中的映射。)

简述

在Java中，TreeMap是SortedMap接口的实现类，它基于红黑树数据结构实现了有序映射。TreeMap根据键的自然顺序或自定义比较器对键值对进行排序，并保持键值对的有序性。

在这里插入图片描述

TreeMap的特点和使用方式如下：

有序性：TreeMap保持键值对的有序性，可以根据键值的顺序进行范围查找、遍历和操作。
自然顺序或自定义比较器：TreeMap可以很久键值的自然顺序（如果键实现了Comparable 接口）或自定义比较器对键进行排序。
快速查找: 用于使用红黑树作为底层数据结构，TreeMap具有快速查找性能，时间复杂度为O(log n)。
提供子映射：TreeMap提供了subMap、headMap、tailMap等方法，可以获取原有映射的子映射，方便进行范围操作。
不允许为null键：由于TreeMap是基于键的有序性进行排序的，所以不允许使用null键，但允许使用null值。

import java.util.TreeMap;

public class TreeMapExample {
   public static void main(String[] args) {
       TreeMap<Integer, String> treeMap = new TreeMap<>();

       treeMap.put(3, "Apple");
       treeMap.put(1, "Banana");
       treeMap.put(2, "Orange");

       System.out.println(treeMap); // 输出：{1=Banana, 2=Orange, 3=Apple}

       System.out.println(treeMap.get(2)); // 输出：Orange

       treeMap.remove(1);
       System.out.println(treeMap); // 输出：{2=Orange, 3=Apple}
   }
}

在上面的示例中，我们创建了一个TreeMap对象，并向其中插入了三个键值对。由于TreeMap会根据键的自然顺序进行排序，因此输出的键值对按照键的顺序排列。

我们使用get方法获取键为2的值，成功输出"Orange"。然后，我们使用remove方法移除键为1的键值对，并输出剩余的键值对。

输出：

{1=Banana, 2=Orange, 3=Apple}
Orange
{2=Orange, 3=Apple}

通过使用TreeMap，我们可以方便地实现对键值对的有序操作，包括插入、查找、删除等。TreeMap的有序性和快速查找特性使得它在某些场景下比普通的HashMap更加适用。需要根据具体的需求权衡其优缺点，选择合适的数据结构。

TreeMap的优缺点和使用场景

优点：

有序性：TreeMap保持键值对的有序性，可以根据键的顺序进行范围查找、遍历和操作。
快速查找：由于使用红黑树作为底层数据结构，TreeMap具有快速的查找性能，时间复杂度为O(log n)。
提供子映射：TreeMap提供了subMap、headMap和tailMap等方法，可以获取原有映射的子映射，方便进行范围操作。
自然顺序或自定义比较器：TreeMap可以根据键的自然顺序（如果键实现了Comparable接口）或自定义比较器对键进行排序。

缺点

内存占用：相比于普通的HashMap，TreeMap需要额外的内存来维护有序性，因此可能占用更多的内存空间。
插入和删除性能略低：由于需要维护有序性，TreeMap在插入和删除元素时，相对于普通的HashMap会略微降低性能。

使用场景

当需要对键值对进行有序操作时，可以使用TreeMap。
当需要根据键的顺序进行范围查找、遍历和操作时，可以使用TreeMap。
当需要获取最小/最大键值对或根据键的顺序进行导航操作时，可以使用TreeMap。
当需要获取子映射进行范围操作时，可以使用TreeMap。

常用方法介绍

put(K key, V value)：将指定的键值对插入到TreeMap中。
get(Object key)：根据键获取对应的值。
remove(Object key)：根据键移除对应的键值对。
containsKey(Object key)：判断TreeMap中是否包含指定的键。
containsValue(Object value)：判断TreeMap中是否包含指定的值。
size()：返回TreeMap中键值对的数量。
isEmpty()：判断TreeMap是否为空。
clear()：清空TreeMap中的所有键值对。
firstKey()：返回TreeMap中的最小键。
lastKey()：返回TreeMap中的最大键。
lowerKey(K key)：返回小于给定键的最大键，如果不存在则返回null。
floorKey(K key)：返回小于等于给定键的最大键，如果不存在则返回null。
ceilingKey(K key)：返回大于等于给定键的最小键，如果不存在则返回null。
higherKey(K key)：返回大于给定键的最小键，如果不存在则返回null。
subMap(K fromKey, boolean fromInclusive, K toKey, boolean toInclusive)：返回指定范围内的子映射。
headMap(K toKey, boolean inclusive)：返回小于给定键的部分子映射。
tailMap(K fromKey, boolean inclusive)：返回大于等于给定键的部分子映射。
descendingMap()：返回一个与原有映射相反顺序的NavigableMap。

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From： https://blog.csdn.net/qq_45922256/article/details/136709140

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