TreeMap实现原理及源码分析之JDK8

转载 Java 集合系列12之 TreeMap详细介绍(源码解析)和使用示例

一、TreeMap 简单介绍

什么是Map？

　　在数组中我们通过数组下标来对数组内容进行索引的，而在Map中我们通过对象来对 对象进行索引，用来索引的对象叫做key，其对应的对象叫做value。这就是我们平时说的键值对。

什么是TreeMap？

　　TreeMap是一个有序的key-value集合，是非线程安全的，基于红黑树（Red-Black tree）实现。其映射根据键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。其基本操作 containsKey、get、put 和 remove 的时间复杂度是 log(n) 。TreeMap是非同步的。 它的iterator 方法返回的迭代器是fail-fastl的。

　　当自定义比较器时，需要自定义类实现java.lang.Comparable接口，并重写compareTo()方法。

TreeMap与HashMap的区别：

• 数据结构不同：
  • HashMap是基于哈希表，由 数组+链表+红黑树 构成。
  • TreeMap是基于红黑树实现。
• 存储方式不同：
  • HashMap是通过key的hashcode对其内容进行快速查找。
  • TreeMap中所有的元素都保持着某种固定的顺序。
• 排列顺序：
  • HashMap存储顺序不固定。
  • TreeMap存储顺序固定，可以得到一个有序的结果集。

二、TreeMap源码分析

 1.TreeMap类继承图：

TreeMap类定义：

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

• TreeMap<K,V>：TreeMap是以key-value形式存储数据的。
• extends AbstractMap<K,V>：继承了AbstractMap，大大减少了实现Map接口时需要的工作量。
• implements NavigableMap<K,V>：实现了SortedMap，支持一系列的导航方法。比如返回有序的key集合。
• implements Cloneable：表明其可以调用克隆方法clone()来返回实例的field-for-field拷贝。
• implements Serializable：表明该类是可以序列化的。

2.类成员变量和静态内部类Entry：

// 比较器对象
private final Comparator<? super K> comparator;

// 根节点
private transient Entry<K,V> root;

// 集合大小
private transient int size = 0;

// 树结构被修改的次数
private transient int modCount = 0;

　// 红黑树节点颜色
　private static final boolean RED = false;
　private static final boolean BLACK = true;

// 静态内部类用来表示节点类型
static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    K key;     // 键
    V value;   // 值
    Entry<K,V> left;    // 指向左子树的引用（指针）
    Entry<K,V> right;   // 指向右子树的引用（指针）
    Entry<K,V> parent;  // 指向父节点的引用（指针）
    boolean color = BLACK; 
}

关键字transient的作用：

　　transient是Java语言的关键字，它被用来表示一个域中不是该对象串行化的一部分。
　　Java的 serialization 提供了一种持久化对象实例的机制。当持久化对象时，可能有一个特殊的对象数据成员，我们不想用serialization机制来保存它。为了在一个特定对象的一个域上关闭serialization，可以在这个域前加上关键字transient。
当一个对象被串行化的时候，transient型的变量值 不包括在串行化的表示中，而 非transient型的变量 是被包括进去的。

3.TreeMap的构造函数：

// 默认构造函数。使用默认比较器比较key的大小，TreeMap中的元素按照自然排序进行排列。
public TreeMap() {
　　 // 默认比较机制
    comparator = null;
}

// 带比较器的构造函数
public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) {
    this.comparator = comparator;
}

// 带Map的构造函数，Map会成为TreeMap的子集
public TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
    comparator = null;
    putAll(m);
}

// 带SortedMap的构造函数，SortedMap会成为TreeMap的子集
public TreeMap(SortedMap<K, ? extends V> m) {
　　 // 使用已知对象的比较器
    comparator = m.comparator();
    try {
        buildFromSorted(m.size(), m.entrySet().iterator(), null, null);
    } catch (java.io.IOException cannotHappen) {
    } catch (ClassNotFoundException cannotHappen) {
    }
}

putAll(Map<? extends K, ? extends V> map) 方法：

/**
 * Map中的所有元素添加到TreeMap中
 */
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> map) {
    int mapSize = map.size();
    // TreeMap的size为0，map的size不为0，并且map是SortedMap的实例
    if (size==0 && mapSize!=0 && map instanceof SortedMap) {
        Comparator<?> c = ((SortedMap<?,?>)map).comparator();
        // 默认比较器等于map的比较器，或者map的比较器不为null，并且与默认比较器相等
        if (c == comparator || (c != null && c.equals(comparator))) {
            ++modCount;
            try {
                buildFromSorted(mapSize, map.entrySet().iterator(),
                                null, null);
            } catch (java.io.IOException cannotHappen) {
            } catch (ClassNotFoundException cannotHappen) {
            }
            return;
        }
    }
    // 使用父类putAll()
    super.putAll(map);
}

/**
 * Map中的所有元素添加到TreeMap中
 */
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
    // 遍历map一个一个添加到TreeMap中
    for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet())
        put(e.getKey(), e.getValue());
}

buildFromSorted(int size, Iterator<?> it, java.io.ObjectInputStream str, V defaultVal) 方法：

/**
 * SortedMap(有序的map)中的所有元素添加到TreeMap中
 */
private void buildFromSorted(int size, Iterator<?> it,
                             java.io.ObjectInputStream str,
                             V defaultVal)
    throws  java.io.IOException, ClassNotFoundException {
    this.size = size;
    root = buildFromSorted(0, 0, size-1, computeRedLevel(size),
                           it, str, defaultVal);
}

/**
 * 将map中的元素逐个添加到TreeMap中，并返回map的中间元素作为根节点
 */
private final Entry<K,V> buildFromSorted(int level, int lo, int hi,
                                         int redLevel,
                                         Iterator<?> it,
                                         java.io.ObjectInputStream str,
                                         V defaultVal)
    throws  java.io.IOException, ClassNotFoundException {

    if (hi < lo) return null;

    // 获取中间元素
    int mid = (lo + hi) >>> 1;

    Entry<K,V> left  = null;
    
    // 若lo小于mid，则递归调用获取(middel的)左孩子。
    if (lo < mid)
        left = buildFromSorted(level+1, lo, mid - 1, redLevel,
                               it, str, defaultVal);

    // 从Iterator或stream中获取middle节点对应的key和value
    K key;
    V value;
    if (it != null) {
        if (defaultVal==null) {
            Map.Entry<?,?> entry = (Map.Entry<?,?>)it.next();
            key = (K)entry.getKey();
            value = (V)entry.getValue();
        } else {
            key = (K)it.next();
            value = defaultVal;
        }
    } else { // use stream
        key = (K) str.readObject();
        value = (defaultVal != null ? defaultVal : (V) str.readObject());
    }

    // 创建middle节点
    Entry<K,V> middle =  new Entry<>(key, value, null);

    // 若当前节点的深度==红色节点的深度，则将节点着色为红色
    if (level == redLevel)
        middle.color = RED;

    // 设置middle为left的父亲，left为middle的左孩子
    if (left != null) {
        middle.left = left;
        left.parent = middle;
    }

    if (mid < hi) {
        // 递归调用获取(middel的)右孩子
        Entry<K,V> right = buildFromSorted(level+1, mid+1, hi, redLevel,
                                           it, str, defaultVal);
        // 设置middle为right的父亲，right为middle的右孩子
        middle.right = right;
        right.parent = middle;
    }

    return middle;
}

　　添加到红黑树中时，只将level == redLevel的节点设为红色。表示第level级节点，实际上是用buildFromSorted方法转换成红黑树后 的最底端的节点(假设根节点在最上方)；只将红黑树最底端的级别 着色为红色，其余都是黑色。

4.核心方法：

红黑树相关的方法：

rotateLeft(Entry<K,V> p) 方法：

/**
 * 左旋
 */
private void rotateLeft(Entry<K,V> p) {
    if (p != null) {
        
        Entry<K,V> r = p.right; // 令p节点右孩子为r节点
        p.right = r.left; // 令r节点的左孩子为 p节点的右孩子
        if (r.left != null)
            r.left.parent = p; // 当r节点的左孩子不为null时，令p节点为 r节点的左孩子 的父节点
        r.parent = p.parent; // 令p节点的父节点为 r节点的父节点
        if (p.parent == null)
            root = r; // 当p节点的父节点为null时，令r节点为根节点
        else if (p.parent.left == p)
            p.parent.left = r; // 当p节点的父节点的左孩子为p节点时，令r节点为 p节点的父节点的左孩子
        else
            p.parent.right = r; // 当p节点的父节点的右孩子为p节点时，令r节点为 p节点的父节点的右孩子
        r.left = p; // 令p节点为 r节点的左孩子
        p.parent = r; // 令r节点为 p节点的父节点
    }
}

put(K key, V value) 方法：

/**
 * 插入操作
 */
public V put(K key, V value) {
    Entry<K,V> t = root; // 获取根节点
    if (t == null) {
        compare(key, key); // 检查key的类型，是否为null

        root = new Entry<>(key, value, null);
        size = 1;
        modCount++;
        return null;
    }
    int cmp;
    Entry<K,V> parent;
    
    // 获取比较器
    Comparator<? super K> cpr = comparator;
    // 比较器不为null时，即自定义了比较器
    if (cpr != null) {
        // 循环比较插入节点的key与根节点的key的大小，确定插入节点的位置，即找到插入节点的父节点
        do {
            parent = t;
            cmp = cpr.compare(key, t.key);
            if (cmp < 0)
                t = t.left;
            else if (cmp > 0)
                t = t.right;
            else
                return t.setValue(value); // 插入节点与根节点的key的大小相同，直接覆盖
        } while (t != null);
    }
    // 比较器为null时，使用默认的比较器
    else {
        if (key == null)
            throw new NullPointerException();
        @SuppressWarnings("unchecked")
            Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
        // 循环比较插入节点的key与根节点的key的大小，确定插入节点的位置，即找到插入节点的父节点
        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);
    }
    // 在插入节点的父节点后创建节点
    Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
    if (cmp < 0)
        parent.left = e;
    else
        parent.right = e;
    // 插入修正操作，使插入节点后，TreeMap还是红黑树结构
    fixAfterInsertion(e);
    size++;
    modCount++;
    return null;
}

与红黑树有关的方法还有：

• 右旋-rotateRight(Entry<K,V> p)
• 插入修正为红黑树-fixAfterInsertion(Entry<K,V> x)
• 删除-deleteEntry(Entry<K,V> p)
• 删除修正为红黑树-fixAfterDeletion(Entry<K,V> x)

都是根据算法翻译成代码，具体可参考这里。

TreeMap中Entry相关的方法：

　　TreeMap的 firstEntry()、 lastEntry()、 lowerEntry()、 higherEntry()、 floorEntry()、 ceilingEntry()、 pollFirstEntry() 、 pollLastEntry() 原理类似，以下讲解firstEntry()方法。

firstEntry() 方法：

/**
 * 获取第一个节点
 */
public Map.Entry<K,V> firstEntry() {
    return exportEntry(getFirstEntry());
}

/**
 * 获取第一个节点
 */
final Entry<K,V> getFirstEntry() {
    // 获取根节点
    Entry<K,V> p = root; 
    if (p != null)
        while (p.left != null)
            p = p.left;
    return p;
}

/**
 * 获取第一个节点
 */
static <K,V> Map.Entry<K,V> exportEntry(TreeMap.Entry<K,V> e) {
    // 如果节点为null，创建AbstractMap.SimpleImmutableEntry类型的对象，并返回
    return (e == null) ? null :
        new AbstractMap.SimpleImmutableEntry<>(e);
}

public static class SimpleImmutableEntry<K,V>
    implements Entry<K,V>, java.io.Serializable
{
    private static final long serialVersionUID = 7138329143949025153L;

    private final K key;
    private final V value;

    public SimpleImmutableEntry(K key, V value) {
        this.key   = key;
        this.value = value;
    }

    public SimpleImmutableEntry(Entry<? extends K, ? extends V> entry) {
        this.key   = entry.getKey();
        this.value = entry.getValue();
    }

    public K getKey() {
        return key;
    }

    public V getValue() {
        return value;
    }

    public V setValue(V value) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    public boolean equals(Object o) {
        if (!(o instanceof Map.Entry))
            return false;
        Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
        return eq(key, e.getKey()) && eq(value, e.getValue());
    }

    public int hashCode() {
        return (key   == null ? 0 :   key.hashCode()) ^
               (value == null ? 0 : value.hashCode());
    }

    public String toString() {
        return key + "=" + value;
    }

}

　　从上面，我们可以看出 firstEntry() 和 getFirstEntry() 都是用于获取第一个节点。但是，firstEntry() 是对外接口； getFirstEntry() 是内部接口。而且，firstEntry() 是通过 getFirstEntry() 来实现的。那为什么外界不能直接调用 getFirstEntry()，而需要多此一举的调用 firstEntry() 呢?

　　这么做的目的是：防止用户修改返回的Entry。getFirstEntry()返回的Entry是可以被修改的，但是经过firstEntry()返回的Entry不能被修改，只可以读取Entry的key值和value值。因为exportEntry()方法所在类 SimpleImmutableEntry 的 setValue()方法会抛出 UnsupportedOperationException() 异常。

TreeMap中key相关方法：

　　TreeMap的firstKey()、lastKey()、lowerKey()、higherKey()、floorKey()、ceilingKey()原理都是类似的，下面以ceilingKey()来进行详细说明。

ceilingKey(K key) 方法：

/**
 * 获取大于/等于key的最小节点所对应的key，没有的话返回null
 */
public K ceilingKey(K key) {
    return keyOrNull(getCeilingEntry(key));
}
/**
 * 寻找大于/等于key的最小节点
 */
final Entry<K,V> getCeilingEntry(K key) {
    Entry<K,V> p = root;
    while (p != null) {
        int cmp = compare(key, p.key);
        // 如果根节点的key大于给定key
        if (cmp < 0) {
            if (p.left != null)
                p = p.left;
            else
                return p;
        } else if (cmp > 0) { // 如果根节点的key小于给定key
            if (p.right != null) {
                p = p.right;
            } else { // 如果根节点的右孩子为null
                Entry<K,V> parent = p.parent;
                Entry<K,V> ch = p;
                while (parent != null && ch == parent.right) {
                    ch = parent;
                    parent = parent.parent;
                }
                return parent;
            }
        } else
            return p;
    }
    return null;
}
/**
 * 如果节点不为null，返回节点的key值，否则返回null
 */
static <K,V> K keyOrNull(TreeMap.Entry<K,V> e) {
    return (e == null) ? null : e.key;
}

TreeMap中value()方法：

value() 方法返回 TreeMap中值的集合：

/**
 * 通过 new Values() 来实现，返回TreeMap中值的集合
 * Values() 是集合类Value的构造函数
 */
public Collection<V> values() {
    Collection<V> vs = values;
    if (vs == null) {
        vs = new Values();
        values = vs;
    }
    return vs;
}

/**
 * 集合类Value
 */
class Values extends AbstractCollection<V> {
    // 返回迭代器
    public Iterator<V> iterator() {
        // iterator() 通过ValueIterator() 返回迭代器
        return new ValueIterator(getFirstEntry());
    }
    
    // 返回个数
    public int size() {
        return TreeMap.this.size();
    }

    // TreeMap的值的集合中 是否包含 对象o
    public boolean contains(Object o) {
        return TreeMap.this.containsValue(o);
    }

    // 删除TreeMap的值的集合中的对象o
    public boolean remove(Object o) {
        for (Entry<K,V> e = getFirstEntry(); e != null; e = successor(e)) {
            if (valEquals(e.getValue(), o)) {
                deleteEntry(e);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    // 清空TreeMap的值的集合
    public void clear() {
        TreeMap.this.clear();
    }

    public Spliterator<V> spliterator() {
        return new ValueSpliterator<K,V>(TreeMap.this, null, null, 0, -1, 0);
    }
}

/**
 * ValueIterator类实现 Iterator接口实现的next()方法
 */
final class ValueIterator extends PrivateEntryIterator<V> {
        ValueIterator(Entry<K,V> first) {
        super(first);
    }
    public V next() {
        return nextEntry().value;
    }
}

/**
 * PrivateEntryIterator类实现 Iterator接口的hasNext()和remove()方法
 * ValueIterator类实现 Iterator接口实现的next()方法
 */
abstract class PrivateEntryIterator<T> implements Iterator<T> {
    // 下一节点
    Entry<K,V> next;
    // 上一次返回的节点
    Entry<K,V> lastReturned;
    // 修改次数统计数
    int expectedModCount;

    PrivateEntryIterator(Entry<K,V> first) {
        expectedModCount = modCount;
        lastReturned = null;
        next = first;
    }

    // 是否存在下一个节点
    public final boolean hasNext() {
        return next != null;
    }

    // 返回下一个节点
    final Entry<K,V> nextEntry() {
        Entry<K,V> e = next;
        if (e == null)
            throw new NoSuchElementException();
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
        next = successor(e);
        lastReturned = e;
        return e;
    }

    // 返回上一节点
    final Entry<K,V> prevEntry() {
        Entry<K,V> e = next;
        if (e == null)
            throw new NoSuchElementException();
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
        next = predecessor(e);
        lastReturned = e;
        return e;
    }

    // 删除当前节点
    public void remove() {
        if (lastReturned == null)
            throw new IllegalStateException();
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
        // deleted entries are replaced by their successors
        if (lastReturned.left != null && lastReturned.right != null)
            next = lastReturned;
        deleteEntry(lastReturned);
        expectedModCount = modCount;
        lastReturned = null;
    }
}

TreeMap的entrySet()方法：

 entrySet() 方法返回 TreeMap的键值对的集合：

/**
 * 通过 new EntrySet() 来实现，返回TreeMap的键值对集合
 */
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
    EntrySet es = entrySet;
    return (es != null) ? es : (entrySet = new EntrySet());
}

/**
 * EntrySet是TreeMap的所有键值对组成的集合，它的单位是单个键值对
 */
class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
    // 返回迭代器
    public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
        return new EntryIterator(getFirstEntry());
    }

    // EntrySet中是否包含 键值对Object
    public boolean contains(Object o) {
        if (!(o instanceof Map.Entry))
            return false;
        Map.Entry<?,?> entry = (Map.Entry<?,?>) o;
        Object value = entry.getValue();
        Entry<K,V> p = getEntry(entry.getKey());
        return p != null && valEquals(p.getValue(), value);
    }

    // 删除EntrySet中的 键值对Object
    public boolean remove(Object o) {
        if (!(o instanceof Map.Entry))
            return false;
        Map.Entry<?,?> entry = (Map.Entry<?,?>) o;
        Object value = entry.getValue();
        Entry<K,V> p = getEntry(entry.getKey());
        if (p != null && valEquals(p.getValue(), value)) {
            deleteEntry(p);
            return true;
        }
        return false;
    }

    // 返回EntrySet中元素个数
    public int size() {
        return TreeMap.this.size();
    }

    // 清空EntrySet
    public void clear() {
        TreeMap.this.clear();
    }

    public Spliterator<Map.Entry<K,V>> spliterator() {
        return new EntrySpliterator<K,V>(TreeMap.this, null, null, 0, -1, 0);
    }
}

/**
 * EntryIterator类实现 Iterator接口实现的next()方法
 */
final class EntryIterator extends PrivateEntryIterator<Map.Entry<K,V>> {
    EntryIterator(Entry<K,V> first) {
        super(first);
    }
    public Map.Entry<K,V> next() {
        return nextEntry();
    }
}

TreeMap实现的Cloneable接口：

TreeMap实现了Cloneable接口，即实现了clone()方法。
clone()方法的作用很简单，就是克隆一个TreeMap对象并返回。

/**
 * 克隆一个TreeMap，并返回Object对象
 */
public Object clone() {
    TreeMap<K,V> clone = null;
    try {
        clone = (TreeMap<K,V>) super.clone();
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
        throw new InternalError();
    }

    // Put clone into "virgin" state (except for comparator)
    clone.root = null;
    clone.size = 0;
    clone.modCount = 0;
    clone.entrySet = null;
    clone.navigableKeySet = null;
    clone.descendingMap = null;

    // Initialize clone with our mappings
    try {
        clone.buildFromSorted(size, entrySet().iterator(), null, null);
    } catch (java.io.IOException cannotHappen) {
    } catch (ClassNotFoundException cannotHappen) {
    }

    return clone;
}

TreeMap实现的Serializable接口：

TreeMap实现java.io.Serializable，分别实现了串行读取和写入功能：

• 串行写入函数是writeObject()，它的作用是将TreeMap的“容量和所有的Entry”都写入到输出流中。
• 串行读取函数是readObject()，它的作用是将TreeMap的“容量和所有的Entry”依次读出。

readObject() 和 writeObject() 正好是一对，通过它们，我能实现TreeMap的串行传输。

/**
 * java.io.Serializable的写入函数
 * 将TreeMap的 容量和所有的Entry 都写入到输出流中
 */
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
    throws java.io.IOException {
    // Write out the Comparator and any hidden stuff
    s.defaultWriteObject();

    // Write out size (number of Mappings)
    s.writeInt(size);

    // Write out keys and values (alternating)
    for (Iterator<Map.Entry<K,V>> i = entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) {
        Map.Entry<K,V> e = i.next();
        s.writeObject(e.getKey());
        s.writeObject(e.getValue());
    }
}

/**
 * java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出
 * 将TreeMap的 容量和所有的Entry 依次读出
 */
private void readObject(final java.io.ObjectInputStream s)
    throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
    // Read in the Comparator and any hidden stuff
    s.defaultReadObject();

    // Read in size
    int size = s.readInt();

    buildFromSorted(size, null, s, null);
}

三、TreeMap使用例子

1.TreeMap常用方法使用Demo：

import java.util.*;

/**
 * @author nana
 * @date 2019/2/23
 */
public class TreeMapDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 测试常用的API
        testTreeMapOrdinaryAPIs();

        // 测试TreeMap导航函数
        testNavigableMapAPIs();

        // 测试TreeMap的子Map函数
        testSubMapAPIs();
    }

    /**
     * 测试常用的API
     */
    private static void testTreeMapOrdinaryAPIs() {
        // 生成随机数
        Random random = new Random();

        // 创建TreeMap实例
        TreeMap treeMap = new TreeMap();
        treeMap.put("one", random.nextInt(10));
        treeMap.put("two", random.nextInt(10));
        treeMap.put("three", random.nextInt(10));

        System.out.println("TreeMapDemo.testTreeMapOrdinaryAPIs-Begin");

        // 打印TreeMap
        System.out.printf("打印treeMap:
%s
", treeMap);;

        // 通过Iterator遍历key-value
        Iterator iterator = treeMap.entrySet().iterator();
        System.out.println("通过Iterator遍历key-value:");
        while (iterator.hasNext()) {
            Map.Entry entity = (Map.Entry) iterator.next();
            System.out.printf("%s-%s
", entity.getKey(), entity.getValue());
        }

        // TreeMap的键值对个数
        System.out.printf("TreeMap的键值对个数:%s
", treeMap.size());

        // 是否包含key
        System.out.println("是否包含key:");
        System.out.printf("是否包含key:one-%s
", treeMap.containsKey("one"));
        System.out.printf("是否包含key:four-%s
", treeMap.containsKey("four"));

        // 删除key对应的键值对
        System.out.println("删除key对应的键值对:");
        treeMap.remove("one");
        System.out.printf("删除key为one的键值对后，treeMap为:
%s
", treeMap);

        // 清空TreeMap的节点
        System.out.println("清空treeMap的节点:");
        treeMap.clear();
        System.out.printf("%s
", treeMap.isEmpty() ? "treeMap is empty!" : "treeMap is not empty!");
        System.out.printf("%s
", treeMap == null ? "treeMap is null!" : "treeMap is not null!");

        System.out.println("TreeMapDemo.testTreeMapOrdinaryAPIs-End");
    }

    /**
     * 测试TreeMap导航函数
     */
    private static void testNavigableMapAPIs() {
        // 创建TreeMap实例，TreeMap是 NavigableMap接口的实现类
        NavigableMap navigableMap = new TreeMap();
        navigableMap.put("aaa",1);
        navigableMap.put("bbb",2);
        navigableMap.put("ccc",3);
        navigableMap.put("ddd",4);

        System.out.println("TreeMapDemo.testNavigableMapAPIs-Begin");

        // 打印TreeMap
        System.out.printf("打印navigableMap:
%s
", navigableMap);

        // 获取第一个key和节点
        System.out.printf("First key:%s	First entry:%s
", navigableMap.firstKey(), navigableMap.firstEntry());

        // 获取最后一个key和节点
        System.out.printf("Last key:%s	Last entry:%s
", navigableMap.lastKey(), navigableMap.lastEntry());

        // 获取小于/等于 key为bbb 最大的key和节点
        System.out.printf("Key floor before bbb:%s	%s
", navigableMap.floorKey("bbb"), navigableMap.floorEntry("bbb"));

        // 获取小于 key为bbb 最大的key和节点
        System.out.printf("Key lower before bbb:%s	%s
", navigableMap.lowerKey("bbb"), navigableMap.lowerEntry("bbb"));

        // 获取大于/等于 key为bbb 最大的key和节点
        System.out.printf("Key ceiling after bbb:%s	%s
", navigableMap.ceilingKey("bbb"), navigableMap.ceilingEntry("bbb"));

        // 获取大于 key为bbb 最大的key和节点
        System.out.printf("Key higher after bbb:%s	%s
", navigableMap.higherKey("bbb"), navigableMap.higherEntry("bbb"));

        System.out.println("TreeMapDemo.testNavigableMapAPIs-End");
    }

    /**
     * 测试TreeMap的子Map函数
     */
    private static void testSubMapAPIs() {
        // 实例化TreeMap对象
        TreeMap treeMap = new TreeMap();
        treeMap.put("a",1);
        treeMap.put("b",2);
        treeMap.put("c",3);
        treeMap.put("d",4);

        System.out.println("TreeMapDemo.testSubMapAPIs-Begin");

        // 打印TreeMap
        System.out.printf("打印TreeMap:
%s
", treeMap);

        // 打印 key为c节点 前的节点（默认不包含c节点）
        System.out.printf("打印 key为c节点 前的节点（默认不包含c节点）:%s", treeMap.headMap("c"));

        System.out.printf("打印 key为c节点 前的节点（包含c节点）:%s
", treeMap.headMap("c", true));
        System.out.printf("打印 key为c节点 前的节点（不包含c节点）:%s
", treeMap.headMap("c", false));

        // 打印 key为c节点 后的节点（默认包含c节点）
        System.out.printf("打印 key为c节点 后的节点（默认包含c节点）:%s
", treeMap.tailMap("c"));

        System.out.printf("打印 key为c节点 后的节点（包含c节点）%s
", treeMap.tailMap("c", true));
        System.out.printf("打印 key为c节点 后的节点（不包含c节点）%s
", treeMap.tailMap("c", false));

        // 打印 key为a与c节点 之间的节点（默认不包含c节点）
        System.out.printf("打印 key为a与c节点 之间的节点（默认包含c节点）:
%s
", treeMap.subMap("a", "c"));

        System.out.printf("打印 key为a与c节点 之间的节点（包含a、c节点）:
%s
", treeMap.subMap("a", true, "c", true));
        System.out.printf("打印 key为a与c节点 之间的节点（包含a节点）:
%s
", treeMap.subMap("a", true, "c", false));
        System.out.printf("打印 key为a与c节点 之间的节点（包含c节点）:
%s
", treeMap.subMap("a", false, "c", true));
        System.out.printf("打印 key为a与c节点 之间的节点（不包含a、c节点）:
%s
", treeMap.subMap("a", false, "c", false));

        // 正序打印TreeMap的key
        System.out.printf("正序打印TreeMap的key:
%s
", treeMap.navigableKeySet());
        // 倒序打印TreeMap的key
        System.out.printf("倒序打印TreeMap的key:
%s
", treeMap.descendingKeySet());

        System.out.println("TreeMapDemo.testSubMapAPIs-End");
    }
}

TreeMapDemo.testTreeMapOrdinaryAPIs-Begin
打印treeMap:
{one=2, three=5, two=1}
通过Iterator遍历key-value:
one-2
three-5
two-1
TreeMap的键值对个数:3
是否包含key:
是否包含key:one-true
是否包含key:four-false
删除key对应的键值对:
删除key为one的键值对后，treeMap为:
{three=5, two=1}
清空treeMap的节点:
treeMap is empty!
treeMap is not null!
TreeMapDemo.testTreeMapOrdinaryAPIs-End
TreeMapDemo.testNavigableMapAPIs-Begin
打印navigableMap:
{aaa=1, bbb=2, ccc=3, ddd=4}
First key:aaa    First entry:aaa=1
Last key:ddd    Last entry:ddd=4
Key floor before bbb:bbb    bbb=2
Key lower before bbb:aaa    aaa=1
Key ceiling after bbb:bbb    bbb=2
Key higher after bbb:ccc    ccc=3
TreeMapDemo.testNavigableMapAPIs-End
TreeMapDemo.testSubMapAPIs-Begin
打印TreeMap:
{a=1, b=2, c=3, d=4}
打印 key为c节点 前的节点（默认不包含c节点）:{a=1, b=2}打印 key为c节点 前的节点（包含c节点）:{a=1, b=2, c=3}
打印 key为c节点 前的节点（不包含c节点）:{a=1, b=2}
打印 key为c节点 后的节点（默认包含c节点）:{c=3, d=4}
打印 key为c节点 后的节点（包含c节点）{c=3, d=4}
打印 key为c节点 后的节点（不包含c节点）{d=4}
打印 key为a与c节点 之间的节点（默认包含c节点）:
{a=1, b=2}
打印 key为a与c节点 之间的节点（包含a、c节点）:
{a=1, b=2, c=3}
打印 key为a与c节点 之间的节点（包含a节点）:
{a=1, b=2}
打印 key为a与c节点 之间的节点（包含c节点）:
{b=2, c=3}
打印 key为a与c节点 之间的节点（不包含a、c节点）:
{b=2}
正序打印TreeMap的key:
[a, b, c, d]
倒序打印TreeMap的key:
[d, c, b, a]
TreeMapDemo.testSubMapAPIs-End

2.TreeMap遍历使用Demo：

import org.springframework.util.StringUtils;

import java.util.*;

/**
 * @author nana
 * @date 2019/2/23
 */
public class TreeMapIteratorTest {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建treeMap对象
        TreeMap treeMap = treeMapTest();

        // 通过entrySet()遍历TreeMap的节点
        iteratorTreeMapByEntrySet(treeMap);
        // 通过keySet()遍历TreeMap的节点
        iteratorTreeMapByKeySet(treeMap);
        // 遍历TreeMap的value
        iteratorTreeMapByValue(treeMap);
    }

    /**
     * 创建treeMap对象
     * @return
     */
    private static TreeMap treeMapTest() {
        String key = null;
        int keyValue = 0;
        Integer value = null;
        Random random = new Random();
        TreeMap treeMap = new TreeMap();
        int i = 0;
        while (i < 6) {
            // 随机获取[0,50)的整数
            keyValue = random.nextInt(50);
            key = String.valueOf(keyValue);
            value = random.nextInt(10);
            // 添加到treeMap中
            treeMap.put(key, value);
            i++;
        }
        return treeMap;
    }

    /**
     * 通过entrySet()遍历TreeMap的节点
     */
    private static void iteratorTreeMapByEntrySet(TreeMap treeMapTest) {
        if (StringUtils.isEmpty(treeMapTest)) {
            return;
        }
        // 遍历TreeMap
        Iterator iterator = treeMapTest.entrySet().iterator();
        System.out.println("通过entrySet()遍历TreeMap的节点:");
        while (iterator.hasNext()) {
            Map.Entry entry = (Map.Entry) iterator.next();
            System.out.printf("%s-%s	", entry.getKey(), entry.getValue());
        }
    }

    /**
     * 通过keySet()遍历TreeMap的节点
     */
    private static void iteratorTreeMapByKeySet(TreeMap treeMapTest) {
        if(StringUtils.isEmpty(treeMapTest)) {
            return;
        }
        String key = null;
        Integer value = null;
        Iterator iterator = treeMapTest.keySet().iterator();
        System.out.println("
通过keySet()遍历TreeMap的节点:");
        while (iterator.hasNext()) {
            key = (String) iterator.next();
            value = (Integer) treeMapTest.get(key);
            System.out.printf("%s-%s	", key, value);
        }
    }

    /**
     * 遍历TreeMap的value
     */
    private static void iteratorTreeMapByValue(TreeMap treeMapTest) {
        if (treeMapTest == null) {
            return;
        }
        Collection collection = treeMapTest.values();
        Iterator iterator = collection.iterator();
        System.out.println("
遍历TreeMap的value:");
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.printf("%s	", iterator.next());
        }
    }
    
}

通过entrySet()遍历TreeMap的节点:
19-0    2-7    20-1    22-0    34-3    
通过keySet()遍历TreeMap的节点:
19-0    2-7    20-1    22-0    34-3    
遍历TreeMap的value:
0    7    1    0    3