在看HashMap的源码时候看到了TreeNode。因此需要对其进行一个了解。是一个红黑树。可以百度一下红黑树的数据结构。分析了下源码，还是比较枯燥的
红黑树的性质：本身是一个二叉查找树（所有左节点的值都比右节点的小）。另：
- 节点是红色或者黑色
- 根节点是黑色
- 每个叶节点（Nil节点，空节点）是黑色的
- 每个红节点对应的两个子节点都是黑色的（不可能有两个相连的红节点）。
- 从任意节点出发，到每个叶子节点都有相同的黑色节点。
这保证了红黑数是平衡的，从根到叶子的最长的可能路径不多于最短的可能路径的两倍长，因此插入、删除查找的最坏情况是有所保证的，与树的高度成正比。原因有两点：
- 最短的可能路径都是黑色节点。
- 最长的路径是红黑节点交替的路径。
因为从同一节点出发，到每一个叶子有相同的黑色节点，所以保证了最长路径是最短路径的两杯长。
一、成员变量与构造函数
1 static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
2 //父节点
3 HashMap.TreeNode<K,V> parent; // red-black tree links
4 //左节点
5 HashMap.TreeNode<K,V> left;
6 //右节点
7 HashMap.TreeNode<K,V> right;
8 //用来删除下一个节点用的，因此prev也就是上一个节点
9 HashMap.TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletion
10 //节点是否为红色
11 boolean red;
12 TreeNode(int hash, K key, V val, HashMap.Node<K,V> next) {
13 super(hash, key, val, next);
14 }
15 }
二、Function root
1 /**
2 * 返回包含此节点的树的根节点
3 */
4 final HashMap.TreeNode<K,V> root() {
5 //定义两个TreeNode，一个是父节点指针，指向当前节点的parent，所以功能很明显了。就是遍历直到头节点
6 for (HashMap.TreeNode<K,V> r = this, p;;) {
7 if ((p = r.parent) == null)
8 return r;
9 r = p;
10 }
11 }
三、Function checkInvariants
1 /**
2 * 不变性检查，保证红黑树的结构不改变。
3 */
4 static <K, V> boolean checkInvariants(HashMap.TreeNode<K, V> t) {
5 HashMap.TreeNode<K, V> tp = t.parent, tl = t.left, tr = t.right,
6 tb = t.prev, tn = (HashMap.TreeNode<K, V>) t.next;
7 if (tb != null && tb.next != t)
8 return false;
9 if (tn != null && tn.prev != t)
10 return false;
11 if (tp != null && t != tp.left && t != tp.right)
12 return false;
13 if (tl != null && (tl.parent != t || tl.hash > t.hash))
14 return false;
15 if (tr != null && (tr.parent != t || tr.hash < t.hash))
16 return false;
17 if (t.red && tl != null && tl.red && tr != null && tr.red)
18 return false;
19 if (tl != null && !checkInvariants(tl))
20 return false;
21 if (tr != null && !checkInvariants(tr))
22 return false;
23 return true;
24 }
25 }
四、Function moveRootToFront
1 /**
2 * 确保所给的root是第一个节点。也就是把所给的root移到第一个节点。确保桶的红黑树的跟节点是root
3 */
4 static <K, V> void moveRootToFront(HashMap.Node<K, V>[] tab, HashMap.TreeNode<K, V> root) {
5 int n;
6 if (root != null && tab != null && (n = tab.length) > 0) {
7 //根节点的位置
8 int index = (n - 1) & root.hash;
9
10 //链表的操作，把root移到第一个节点。root的next指向原先的头节点，原先的头节点的prev指向root；
11 //root的next的prev指向root的prev，root的prev指向root的next，即把root在prev和next中去掉
12 HashMap.TreeNode<K, V> first = (HashMap.TreeNode<K, V>) tab[index];
13 if (root != first) {
14 HashMap.Node<K, V> rn;
15 tab[index] = root;
16 HashMap.TreeNode<K, V> rp = root.prev;
17 if ((rn = root.next) != null)
18 ((HashMap.TreeNode<K, V>) rn).prev = rp;
19 if (rp != null)
20 rp.next = rn;
21 if (first != null)
22 first.prev = root;
23 root.next = first;
24 root.prev = null;
25 }
26 //红黑树的一致性检查
27 assert checkInvariants(root);
28 }
29 }
五、Function find
1 /**
2 * Finds the node starting at root p with the given hash and key.
3 * The kc argument caches comparableClassFor(key) upon first use
4 * comparing keys.
5 */
6 final HashMap.TreeNode<K, V> find(int h, Object k, Class<?> kc) {
7 HashMap.TreeNode<K, V> p = this;
8 do {
9 int ph, dir;
10 K pk;
11 HashMap.TreeNode<K, V> pl = p.left, pr = p.right, q;
12
13 //p的hash > 目标hash, 则查找左子树，否则右子树
14 if ((ph = p.hash) > h)
15 p = pl;
16 else if (ph < h)
17 p = pr;
18 //找到则返回
19 else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk)))
20 return p;
21 //如果左节点是Null则找右子树，右节点是Null则找左子树
22 else if (pl == null)
23 p = pr;
24 else if (pr == null)
25 p = pl;
26 //如果不按照hash比较，则按照比较器比较，查找左子树还是右子树
27 else if ((kc != null ||
28 (kc = comparableClassFor(k)) != null) &&
29 (dir = compareComparables(kc, k, pk)) != 0)
30 p = (dir < 0) ? pl : pr;
31 //如果在右子树找到则直接返回
32 else if ((q = pr.find(h, k, kc)) != null)
33 return q;
34 //否则在左子树查找
35 else
36 p = pl;
37 } while (p != null);
38 //否则返回Null
39 return null;
40 }
六、Function tieBreakOrder
1 /**
2 * 在像红黑树插入即节点的时候，为了确定相同hashCode的节点插入的顺序，
3 * 设定了插入顺序的规则，结果一定是不想等的。非左即右。
4 */
5 static int tieBreakOrder(Object a, Object b) {
6 int d;
7
8 //会对两个类名相等的类进行比较
9 if (a == null || b == null ||
10 (d = a.getClass().getName().
11 compareTo(b.getClass().getName())) == 0)
12 //返回两个类内存地址的hashCode比较结果，小的或者相都是-1，否则1，并非是类的hashCode的比较
13 d = (System.identityHashCode(a) <= System.identityHashCode(b) ?
14 -1 : 1);
15 return d;
16 }
七、Function rotateLeft, 左旋
图片来源（https://blog.csdn.net/sun_tttt/article/details/65445754）
1 static <K, V> HashMap.TreeNode<K, V> rotateLeft(HashMap.TreeNode<K, V> root,
2 HashMap.TreeNode<K, V> p) {
3 //三个节点，右节点，parent的parent节点，右的左节点
4 HashMap.TreeNode<K, V> r, pp, rl;
5 //该节点不为null并且右节点不为null
6 if (p != null && (r = p.right) != null) {
7 //因为是左旋，所以如果右节点的左节点如果不为null，则rl的根节点设为p
8 if ((rl = p.right = r.left) != null)
9 rl.parent = p;
10 //如果左旋后的头节点为根节点，则根据红黑树的性质，颜色为黑色
11 if ((pp = r.parent = p.parent) == null)
12 (root = r).red = false;
13 //因为是左旋，所以p的位置由pr取代，所以p的parent节点的p位置设为现在pr的位置。
14 else if (pp.left == p)
15 pp.left = r;
16 else
17 pp.right = r;
18 //然后r的left是p，p的父节点是r
19 r.left = p;
20 p.parent = r;
21 }
22 return root;
23 }
八、Function rightRotate, 右旋
图片来源（https://blog.csdn.net/sun_tttt/article/details/65445754）
1 static <K, V> HashMap.TreeNode<K, V> rotateRight(HashMap.TreeNode<K, V> root,
2 HashMap.TreeNode<K, V> p) {
3 //定义3个节点，左节点，头节点的头节点，左节点的右节点
4 HashMap.TreeNode<K, V> l, pp, lr;
5 //要旋转的节点和左节点不为空时
6 if (p != null && (l = p.left) != null) {
7 //根据右旋，（原）头节点的左节点为原先左节点的右节点，并且把其父节点设为原头节点，即p
8 if ((lr = p.left = l.right) != null)
9 lr.parent = p;
10 //同样，如果现在的头节点为根节点的话，标记节点的颜色为黑色
11 if ((pp = l.parent = p.parent) == null)
12 (root = l).red = false;
13 //头节点的头节点设定其自节点
14 else if (pp.right == p)
15 pp.right = l;
16 else
17 pp.left = l;
18 //同样，根据右旋，指定现在的头节点的右节点为原先的头节点，原先的头节点的父节点为现在的头节点
19 l.right = p;
20 p.parent = l;
21 }
22 return root;
23 }
九、Function balanceInsertion 代码和图结合看很好理解过程，至于为什么会平衡还要分析。
图片来源https://blog.csdn.net/weixin_42340670/article/details/80550932
1.无旋转
2.旋转情况1
3.旋转情况2
1 /*
2 保证插入节点后，红黑树仍然是平衡的，代码很长，结合图看更好理解点，这样看太抽象了。但是虽然逻辑复杂，但是足以
3 见证红黑树的高效性，因为更新树的话只是旋转操作，即改变下指针的位置，并且设置一下节点的位置就可以了
4 */
5 static <K, V> HashMap.TreeNode<K, V> balanceInsertion(HashMap.TreeNode<K, V> root,
6 HashMap.TreeNode<K, V> x) {
7 //先把节点设为红色
8 x.red = true;
9 //定义四个节点
10 for (HashMap.TreeNode<K, V> xp, xpp, xppl, xppr; ; ) {
11 //如果x是根节点，则把它设为黑色，并返回根节点
12 if ((xp = x.parent) == null) {
13 x.red = false;
14 return x;
15 }
16 //如果x的父节点即xp是黑色，并且xp为根节点，则返回，什么也不做。
17 else if (!xp.red || (xpp = xp.parent) == null)
18 return root;
19 //如果xp为xp父节点的左节点
20 if (xp == (xppl = xpp.left)) {
21 //如果xpp的右节点非空并且是红色的，那么把其设为黑色，xpp的左节点也设为黑色，xpp设为红色，并且x等于xpp
22 if ((xppr = xpp.right) != null && xppr.red) {
23 xppr.red = false;
24 xp.red = false;
25 xpp.red = true;
26 x = xpp;
27 }
28 //如果xpp的右节点是空或者为黑色的话
29 else {
30 //如果x是xp的右节点，那么左旋xp节点，并且重新更新xp和xpp
31 if (x == xp.right) {
32 root = rotateLeft(root, x = xp);
33 xpp = (xp = x.parent) == null ? null : xp.parent;
34 }
35 //如果x的父节点不为空，先把它设为黑色
36 if (xp != null) {
37 xp.red = false;
38 //如果xp的父节点不为空，则先把xpp设为红色，然后再右旋
39 if (xpp != null) {
40 xpp.red = true;
41 root = rotateRight(root, xpp);
42 }
43 }
44 }
45 }
46 //如果xp为xp父节点的右右节点
47 else {
48 //如果xpp的左节点非空并且是红色的话，把xppl设为黑色，xp设为黑色，xp的父节点设为红色
49 if (xppl != null && xppl.red) {
50 xppl.red = false;
51 xp.red = false;
52 xpp.red = true;
53 x = xpp;
54 }
55 //如果xpp的左节点是空或者是黑色的话
56 else {
57 //如果x为父节点的左节点，则右旋xp节点，并重新设置xp，xpp
58 if (x == xp.left) {
59 root = rotateRight(root, x = xp);
60 xpp = (xp = x.parent) == null ? null : xp.parent;
61 }
62 //如果x的父节点为空，
63 if (xp != null) {
64 //先把其设为黑色
65 xp.red = false;
66 //如果xp的父节点不为空，则xpp设为红色，并左旋xpp节点
67 if (xpp != null) {
68 xpp.red = true;
69 root = rotateLeft(root, xpp);
70 }
71 }
72 }
73 }
74 }
75 }
十、Function treeify
1 /**
2 * 把链表生成红黑树，返回头节点
3 */
4 final void treeify(HashMap.Node<K, V>[] tab) {
5 HashMap.TreeNode<K, V> root = null;
6
7 //两个指针，一个是链表的表头，一个是下一个指针
8 for (HashMap.TreeNode<K, V> x = this, next; x != null; x = next) {
9 next = (HashMap.TreeNode<K, V>) x.next;
10 x.left = x.right = null;
11
12 //先设定 root为头节点，parent为null，根节点为黑色，
13 if (root == null) {
14 x.parent = null;
15 x.red = false;
16 root = x;
17 } else {
18 K k = x.key;
19 int h = x.hash;
20 Class<?> kc = null;
21
22 //遍历红黑树
23 for (HashMap.TreeNode<K, V> p = root; ; ) {
24 int dir, ph;
25 K pk = p.key;
26 //如果当前树节点的hash > 链表节点的hash则dir值为-1
27 if ((ph = p.hash) > h)
28 dir = -1;
29 //否则为1
30 else if (ph < h)
31 dir = 1;
32 //如果不按照hash值比较的话，并且比较器不存在或者比较器比较的值是0的话，则把死结打开
33 else if ((kc == null &&
34 (kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
35 (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)
36 dir = tieBreakOrder(k, pk);
37 //设置一个红黑树的节点
38 HashMap.TreeNode<K, V> xp = p;
39 //设置节点的走向，如果dir <= 0则p为做节点，否则为右，也就是找到链表节点应该插入的位置
40 if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
41 //设置链表节点的父节点
42 x.parent = xp;
43 if (dir <= 0)
44 xp.left = x;
45 else
46 xp.right = x;
47 //插入节点，并且不破坏红黑树的性质
48 root = balanceInsertion(root, x);
49 break;
50 }
51 }
52 }
53 }
54 //设置头节点
55 moveRootToFront(tab, root);
56 }
原文地址：https://www.cnblogs.com/ylxn/p/10109913.html
时间： 2024-12-08 11:52:08