作者: admin

儘管蘋果公司一直三緘其口，但是對於傳聞中的蘋果電動汽車項目，已經快成為了公開的秘密。現在，蘋果的首個關於汽車技術的專利也被人曝光，不過看起來與我們期望的距離似乎有點遙遠。  
  近日，美國專利商標局通過了一批蘋果公司的新專利，其中一項專利顯示了一種採用履帶以及軌槽設計的交通工具草圖。這項專利其實是兩個貨箱之間的接駁原理，駕駛員可以在極端寒冷空氣條件下，直接，通過加熱裝置，控制第一個車廂的轉向構件及包括一個連接機制的第二個車廂。   據悉，這項專利由瑞典軍用坦克製造商BAE公司授權給蘋果，因此至少目前來看肯定不會被使用在普通的消費和商業領域。   文章來源：騰訊數碼

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目錄

1、基礎概念

1.1、JNI

JNI（Java Native Interface）Java本地接口，使得Java與C/C++具有交互能力

1.2、NDK

NDK（Native Development Kit） 本地開發工具包，允許使用原生語言（C和C++）來實現應用程序的部分功能

Android NDK開發的主要作用：

1、特定場景下，提升應用性能；
2、代碼保護，增加反編譯難度；
3、生成庫文件，庫可重複使用，也便於平台、項目間移植；

1.3、CMake與ndk-build

當我們基於NDK開發出native功能后，通常需要編譯成庫文件，給Android項目使用。
目前，有兩種主流的編譯方式：__CMake__與ndk-build

__CMake__與__ndk-build__是兩種不同的編譯工具（與Android代碼和C/C++代碼無關）

CMake

CMake是Androidstudio2.2之後引入的跨平台編譯工具（特點：簡單易用，2.2之後是默認的NDK編譯工具）

如何配置：
   1、創建CMakeLists.txt文件，配置CMake必要參數；
   2、使用gradle配置CMakeLists.txt以及native相關參數；

如何編譯庫文件：
   1、Android Studio執行Build即可；

ndk-build

ndk-build是NDK中包含的腳本工具（可在NDK目錄下找到該工具，為了方便使用，通常配置NDK的環境變量）

如何配置：
   1、創建Android.mk文件，配置ndk-build必要參數；
   2、可選創建application.mk文件，配置ndk-build參數 (該文件的配置項可使用gradle的配置替代)；
   3、使用gradle配置Android.mk以及native相關參數；

2、如何編譯庫文件（兩種方式）：
   1、Android Studio執行Build即可（執行了：Android.mk + gradle配置）；
   2、也可在Terminal、Mac終端、cmd終端中通過ndk-build命令直接構建庫文件（執行了：Android.mk）

2、環境搭建

JNI安裝
JNI 是JDK里的內容，電腦上正確安裝並配置JDK即可 (JDK1.1之後就正式支持了);

NDK安裝
可從官網自行下載、解壓到本地，也可基於AndroidStudio下載解壓到默認目錄;

編譯工具安裝
cmake 可基於AndroidStudio下載安裝;
ndk-build 是NDK里的腳本工具，NDK安裝好即可使用ndk-build;

當前演示，使用的Android Studio版本如下（當前最新版）：

啟動Android Studio –> 打開SDK Manager –> SDK Tools，如下圖所示：

我們選擇NDK、CMake、LLDB（調試Native時才會使用），選擇Apply進行安裝，等安裝成功后，NDK開發所依賴的環境也就都齊全了。

3、Native C++ 項目（HelloWord案例）

3.1、項目創建（java / kotlin）

新建項目，選擇 Native C++，如下圖：

新創建的項目，默認已包含完整的native 示例代碼、cmake配置 ，如下圖：

這樣，我們就可以自己定義Java native方法，並在cpp目錄中寫native實現了，很方便。

但是，當我們寫完native的實現代碼，希望運行APP，查看JNI的交互效果，此時，就需要使用編譯工具了，咱們還是先看一下Android Studio默認的Native編譯方式吧：CMake

3.2、CMake的應用

在CMake編譯之前，咱們應該先做哪些準備工作？

1、NDK環境是否配置正確？
-- 如果未配置正確是無法進行C/C++開發的，更不用說CMake編譯了

2、C/C++功能是否實現？ 
-- 此次演示主要使用系統默認創建的native-lib.cpp文件，關於具體如何實現：後續文章再詳細講解

3、CMakeLists.txt是否創建並正確配置？ 
-- 該文件是CMake工具編譯的基礎，未配置或配置項錯誤，均會影響編譯結果

4、gradle是否正確配置？
-- gradle配置也是CMake工具編譯的基礎，未配置或配置項錯誤，均會影響編譯結果

除此之外，咱們還應該學習CMake的哪些重要知識？

1、CMake工具編譯生成的庫文件默認在什麼位置？apk中庫文件又是在什麼位置？
2、CMake工具如何指定編譯生成的庫文件位置？
3、CMake工具如何指定生成不同CPU平台對應的庫文件？

帶着這些問題，咱們開始CMake之旅吧：

3.2.1、NDK環境檢查

編譯前，建議先檢查下工程的NDK配置情況（不然容易報一些亂七八糟的錯誤）：
File –> Project Structure –> SDK Location，如下圖（我本地的Android Studio默認沒有給配置NDK路徑，那麼，需要自己手動指定一下）：

3.2.2、C/C++功能實現

因為本節主講CMake編譯工具，代碼就不單獨寫了，咱們直接使用工程默認生成的native-liv.cpp，簡單調整一下native實現方法的代碼吧（修改返迴文本信息）：

因Native C++工程默認已配置好了CMakeLists.txt和gradle，所以咱們可直接運行工程看效果，如下圖：

JNI交互效果我們已經看到了，說明CMake編譯成功了。那麼，這究竟是怎麼做到的呢？咱們接着分析一下吧：

3.2.3、CMake生成的庫文件與apk中的庫文件

安卓工程編譯時，會執行CMake編譯，在 工程/app/build/…/cmake/ 中會產生對應的so文件，如下圖：

繼續編譯安卓工程，會根據build中的內容，生成我們的*.apk安裝包文件。我們找到、反編譯apk安裝包文件，查找so庫文件。原來在apk安裝包中，so庫都被存放在lib目錄中，如下圖：

3.2.4、CMake是如何編譯生成so庫的呢？

在前面介紹CMake定義時，提到了CMake是基於CMakeLists.txt文件和gradle配置實現編譯Native類的。那麼，咱們先來看一下CMakeLists.txt文件吧：

#cmake最低版本要求
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

#添加庫
add_library(
        # 庫名
        native-lib

        # 類型：
        # SHARED 是指動態庫，對應的是.so文件
        # STATIC 是指靜態庫，對應的是.a文件
        # 其他類型:略
        SHARED

        # native類路徑
        native-lib.cpp)

# 查找依賴庫
find_library( 
        # 依賴庫別名
        log-lib

        # 希望加到本地的NDK庫名稱，log指NDK的日誌庫
        log)


# 鏈接庫，建立關係（ 此處就是指把log-lib 鏈接給 native-lib使用 ）
target_link_libraries( 
        # 目標庫名稱（native-lib 是咱們要生成的so庫）
        native-lib

        # 要鏈接的庫（log-lib 是上面查找的log庫）
        ${log-lib})

實際上，CMakeList.txt可配置的內容遠不止這些，如：so輸出目錄，生成規則等等，有需要的同學可查下官網。

接着，咱們再看一下app的gradle又是如何配置CMake的呢？

apply plugin: 'com.android.application'

android {
    compileSdkVersion 29
    buildToolsVersion "29.0.1"
    defaultConfig {
        applicationId "com.qxc.testnativec"
        minSdkVersion 21
        targetSdkVersion 29
        versionCode 1
        versionName "1.0"
        testInstrumentationRunner "androidx.test.runner.AndroidJUnitRunner"
        //定義cmake默認配置屬性
        externalNativeBuild {
            cmake {
                cppFlags ""
            }
        }
    }
    
    //定義cmake對應的CMakeList.txt路徑（重要）
    externalNativeBuild {
        cmake {
            path "src/main/cpp/CMakeLists.txt"
        }
    }
}

dependencies {
    implementation fileTree(dir: 'libs', include: ['*.jar'])
    implementation 'androidx.appcompat:appcompat:1.1.0'
    implementation 'androidx.constraintlayout:constraintlayout:1.1.3'
    testImplementation 'junit:junit:4.12'
    androidTestImplementation 'androidx.test.ext:junit:1.1.1'
    androidTestImplementation 'androidx.test.espresso:espresso-core:3.2.0'
}

實際上，gradle可配置的cmake內容也遠不止這些，如：abi、cppFlags、arguments等，有需要的同學可查下官網。

3.2.5、如何指定庫文件的輸出目錄？

如果希望將so庫生成到特定目錄，並讓項目直接使用該目錄下的so，應該如何配置呢？
比較簡單：需要在CMakeList.txt中配置庫的輸出路徑信息，即：

CMAKE_LIBRARY_OUTPUT_DIRECTORY

# cmake最低版本要求
cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

# 配置庫生成路徑
# CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR是指 cmake庫的源路徑，通常是build/.../cmake/
# /../jniLibs/是指與CMakeList.txt所在目錄的同級目錄：jniLibs (如果沒有會新建)
# ANDROID_ABI 生成庫文件時，採用gradle配置的ABI策略（即：生成哪些平台對應的庫文件）
set(CMAKE_LIBRARY_OUTPUT_DIRECTORY ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/../jniLibs/${ANDROID_ABI})

# 添加庫
add_library( # 庫名
        native-lib

        # 類型：
        # SHARED 是指動態庫，對應的是.so文件
        # STATIC 是指靜態庫，對應的是.a文件
        # 其他類型:略
        SHARED

        # native類路徑
        native-lib.cpp)

# 查找依賴庫
find_library(
        # 依賴庫別名
        log-lib

        # 希望加到本地的NDK庫名稱，log指NDK的日誌庫
        log)


# 鏈接庫，建立關係（ 此處就是指把log-lib 鏈接給native-lib使用 ）
target_link_libraries(
        # 目標庫名稱（native-lib就是咱們要生成的so庫）
        native-lib

        # 要鏈接的庫（上面查找的log庫）
        ${log-lib})

還需要在gradle中配置 jniLibs.srcDirs 屬性（即：指定了lib庫目錄）：

sourceSets {
        main {
            jniLibs.srcDirs = ['jniLibs']//指定lib庫目錄
        }
    }

接着，重新build就會在cpp相同目錄級別位置生成jniLibs目錄，so庫也在其中了：

注意事項：
1、配置了CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR，並非表示編譯時直接將so生成在該目錄中，實際編譯時，so文件仍然是
先生成在build/.../cmake/中，然後再拷貝到目標目錄中的

2、如果只配置了CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR，並未在gradle中配置 jniLibs.srcDirs，也會有問題，如下：
More than one file was found with OS independent path 'lib/arm64-v8a/libnative-lib.so'

此問題是指：在編譯生成apk時，發現了多個so目錄，android studio不知道使用哪一個了，所以需要咱們
告訴android studio當前工程使用的是jniLibs目錄，而非build/.../cmake/目錄

3.2.5、如何生成指定CPU平台對應的庫文件呢？

我們可以在cmake中設置abiFilters，也可在ndk中設置abiFilters，效果是一樣的：

defaultConfig {
        applicationId "com.qxc.testnativec"
        minSdkVersion 21
        targetSdkVersion 29
        versionCode 1
        versionName "1.0"
        testInstrumentationRunner "androidx.test.runner.AndroidJUnitRunner"
        externalNativeBuild {
            cmake {
                cppFlags ""
                abiFilters "arm64-v8a"
            }
        }
    }

defaultConfig {
        applicationId "com.qxc.testnativec"
        minSdkVersion 21
        targetSdkVersion 29
        versionCode 1
        versionName "1.0"
        testInstrumentationRunner "androidx.test.runner.AndroidJUnitRunner"
        externalNativeBuild {
            cmake {
                cppFlags ""
            }
        }
        ndk {
            abiFilters "arm64-v8a"
        }
    }

按照新的配置，我們重新運行工程，如下圖：

再反編譯看下工程，果然只有arm64-v8a的so庫了，不過庫文件在apk中仍然是放在lib目錄，而非jniLibs（其實也很好理解，jniLibs只是我們本地的目錄，便於我們管理庫文件，真正生成apk時，仍然會按照lib目錄放置庫文件），如下圖：

至此，CMake的主要技術點都講完了，接下來咱們看下NDK-Build吧~

3.3、ndk-build的應用

在ndk-build編譯之前，咱們又應該先做哪些準備工作？

1、ndk-build環境變量是否正確配置？
-- 如果未配置，是無法在cmd、Mac終端、Terminal中使用ndk-build命令的（會報錯：找不到命令）

2、NDK環境是否配置正確？
-- 如果未配置正確是無法進行C/C++開發的，更不用說ndk-build編譯了

3、C/C++功能是否實現？
-- 此次演示主要使用系統默認創建的native-lib.cpp文件，關於具體如何實現：後續文章再詳細講解
-- 注意：為了與CMake區分，咱們新建一個“jni”目錄存放C/C++文件、配置文件吧

4、Android.mk是否創建並正確配置？ 
-- 該文件是ndk-build工具編譯的基礎，未配置或配置項錯誤，均會影響編譯結果

5、gradle是否正確配置？(可選項，如果通過cmd、Mac終端、Terminal執行ndk-build，可忽略)
-- gradle配置也是ndk-build工具編譯的基礎，未配置或配置項錯誤，均會影響編譯結果

6、Application.mk是否創建並正確配置？（可選項，一般配ABI、版本，這些項均可在gradle中配置）
-- 該文件也是ndk-build工具編譯的基礎，未配置或配置項錯誤，均會影響編譯結果

除此之外，咱們還應該學習ndk-build的哪些重要知識？

1、ndk-build工具如何指定編譯生成的庫文件位置？
2、ndk-build工具如何指定生成不同CPU平台對應的庫文件？

帶着這些問題，咱們繼續ndk-build之旅吧：

3.3.1、環境變量配置

介紹NDK-Build定義時，提到了其實它是NDK的腳本工具。那麼，咱們還是先進NDK目錄找一下吧，ndk-build工具的位置如下圖：

如果我們希望任意情況下都能便捷的使用這種腳本工具，通常做法是配置其環境變量，否則我們在cmd、Mac終端、Terminal中執行 ndk-build 命令時，會報錯：“未找到命令”

配置NDK的環境變量，也很簡單，以Mac電腦舉例（如果是Windows電腦，網上也有很多關於配置環境變量的文章，如果有需要可自行查下）：

1、打開命令終端，輸入命令： open -e .bash_profile，打開bash_profile配置文件

2、寫入如下內容（NDK_HOME指向 ndk-build 所在路徑）：
export NDK_HOME=/Users/xc/SDK/android-sdk-macosx/ndk/20.1.5948944
export PATH=$PATH:$NDK_HOME

3、生效.bash_profile配置
source .bash_profile

當我們在cmd、Mac終端、Terminal中執行 ndk-build 命令時，如果出現下圖所示內容，則代表配置成功了：

3.3.2、C/C++功能實現

咱們使用比較常用的一種ndk-build方式吧：ndk-build + Android.mk + gradle配置

項目中新建jni目錄，拷貝一份CMake的代碼實現吧：

1、新建jni目錄
2、拷貝cpp/native-lib.cpp 至 jni目錄下
3、重命名為haha.cpp （與CMake區分）
4、調整一下native實現方法的文本（與CMake運行效果區分）
5、新建Android.mk文件

接着，編寫Android.mk文件內容：

#表示Android.mk所在目錄
LOCAL_PATH := $(call my-dir)

#CLEAR_VARS變量指向特殊 GNU Makefile，用於清除部分LOCAL_變量
include $(CLEAR_VARS)

#模塊名稱
LOCAL_MODULE    := haha
#構建系統用於生成模塊的源文件列表
LOCAL_SRC_FILES := haha.cpp

#BUILD_SHARED_LIBRARY 表示.so動態庫
#BUILD_STATIC_LIBRARY 表示.a靜態庫
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

配置gradle：

apply plugin: 'com.android.application'
android {
    compileSdkVersion 28
    defaultConfig {
        applicationId "com.aaa.testnative"
        minSdkVersion 16
        targetSdkVersion 28
        versionCode 1
        versionName "1.0"
        testInstrumentationRunner "android.support.test.runner.AndroidJUnitRunner"

        //定義ndkBuild默認配置屬性
        externalNativeBuild {
            ndkBuild {
                cppFlags ""
            }
        }
    }
   
    //定義ndkBuild對應的Android.mk路徑（重要）
    externalNativeBuild {
        ndkBuild{
            path "src/main/jni/Android.mk"
        }
    }
}

dependencies {
    implementation fileTree(dir: 'libs', include: ['*.jar'])
    implementation 'com.android.support:appcompat-v7:28.0.0'
    implementation 'com.android.support.constraint:constraint-layout:1.1.3'
    testImplementation 'junit:junit:4.12'
    androidTestImplementation 'com.android.support.test:runner:1.0.2'
    androidTestImplementation 'com.android.support.test.espresso:espresso-core:3.0.2'
}

現在，native代碼、ndk-build配置都完成了，咱們運行看一下效果吧，如下圖：

3.3.4、如何指定庫文件的輸出目錄？

通常，可在Android.mk文件中配置NDK_APP_DST_DIR
指定源目錄與輸出目錄（與CMake類似）

#表示Android.mk所在目錄
LOCAL_PATH := $(call my-dir)

#設置庫文件的輸入目錄
#輸出目錄 ../jniLibs/
#源目錄 $(TARGET_ARCH_ABI)
NDK_APP_DST_DIR=../jniLibs/$(TARGET_ARCH_ABI)

#CLEAR_VARS變量指向特殊 GNU Makefile，用於清除部分LOCAL_變量
include $(CLEAR_VARS)

#模塊名稱
LOCAL_MODULE    := haha
#構建系統用於生成模塊的源文件列表
LOCAL_SRC_FILES := haha.cpp

#BUILD_SHARED_LIBRARY 表示.so動態庫
#BUILD_STATIC_LIBRARY 表示.a靜態庫
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

3.3.5、如何生成指定CPU平台對應的庫文件呢？

可在gradle中配置abiFilters（與Cmake類似）

externalNativeBuild {
            ndkBuild {
                cppFlags ""
                abiFilters "arm64-v8a"
            }
        }

externalNativeBuild {
            ndkBuild {
                cppFlags ""
            }
        }
  ndk {
            abiFilters "arm64-v8a"
        }

3.3.6、如何在Terminal中直接通過ndk-build命令構建庫文件呢？

除了執行AndroidStudio的build命令，基於gradle配置 + Android.mk編譯生成庫文件，我們還可以在cmd、Mac 終端、Terminal中直接通過ndk-build命令構建庫文件，此處以Terminal為例進行演示吧：

先進入包含Android.mk文件的jni目錄（Android Studio中可直接選中jni目錄並拖拽到Terminal中，會自動跳轉到該目錄），再執行ndk-build命令，如下圖：

同樣，編譯也成功了，如下圖：

因是直接在Terminal中執行了ndk-build命令，所以只會根據Android.mk進行編譯（不包含gradle配置內容，也就不會執行abiFilters過濾），生成了所有默認CPU平台的so庫文件。

ndk-build命令其實也可以配上一些參數使用，此處就不再詳解了。日常開發時，還是建議選擇CMake作為Native編譯工具，因為是安卓主推的，而且更簡單一些。

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一、摘要

在集合系列的第一章，咱們了解到，Map的實現類有HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、IdentityHashMap、WeakHashMap、Hashtable、Properties等等。

本文主要從數據結構和算法層面，探討TreeMap的實現。

二、簡介

Java TreeMap實現了SortedMap接口，也就是說會按照key的大小順序對Map中的元素進行排序，key大小的評判可以通過其本身的自然順序（natural ordering），也可以通過構造時傳入的比較器（Comparator）。

TreeMap底層通過紅黑樹（Red-Black tree）實現，所以要了解TreeMap就必須對紅黑樹有一定的了解，在《集合系列》文章中，如果你已經讀過紅黑樹的講解，其實本文要講解的TreeMap，跟其大同小異。

紅黑樹又稱紅-黑二叉樹，它首先是一顆二叉樹，它具有二叉樹所有的特性。同時紅黑樹更是一顆自平衡的排序二叉樹。

對於一棵有效的紅黑樹二叉樹，主要有以下規則：

• 1、每個節點要麼是紅色，要麼是黑色，但根節點永遠是黑色的；
• 2、每個紅色節點的兩個子節點一定都是黑色；
• 3、紅色節點不能連續（也即是，紅色節點的孩子和父親都不能是紅色）；
• 4、從任一節點到其子樹中每個恭弘=叶 恭弘子節點的路徑都包含相同數量的黑色節點；
• 5、所有的恭弘=叶 恭弘節點都是是黑色的（注意這裏說恭弘=叶 恭弘子節點其實是上圖中的 NIL 節點）；

這些約束強制了紅黑樹的關鍵性質：從根到恭弘=叶 恭弘子的最長的可能路徑不多於最短的可能路徑的兩倍長。結果是這棵樹大致上是平衡的。因為操作比如插入、刪除和查找某個值的最壞情況時間都要求與樹的高度成比例，這個在高度上的理論上限允許紅黑樹在最壞情況下都是高效的，而不同於普通的二叉查找樹。所以紅黑樹它是複雜而高效的，其檢索效率O(log n)。下圖為一顆典型的紅黑二叉樹。

在樹的結構發生改變時（插入或者刪除操作），往往會破壞上述條件3或條件4，需要通過調整使得查找樹重新滿足紅黑樹的條件。

調整方式主要有：左旋、右旋和顏色轉換！

2.1、左旋

左旋的過程是將x的右子樹繞x逆時針旋轉，使得x的右子樹成為x的父親，同時修改相關節點的引用。旋轉之後，二叉查找樹的屬性仍然滿足。

2.2、右旋

右旋的過程是將x的左子樹繞x順時針旋轉，使得x的左子樹成為x的父親，同時修改相關節點的引用。旋轉之後，二叉查找樹的屬性仍然滿足。

2.3、顏色轉換

顏色轉換的過程是將紅色節點轉換為黑色節點，或者將黑色節點轉換為紅色節點，以滿足紅黑樹二叉樹的規則！

三、常用方法介紹

3.1、get方法

get方法根據指定的key值返回對應的value，該方法調用了getEntry(Object key)得到相應的entry，然後返回entry.value。

算法思想是根據key的自然順序（或者比較器順序）對二叉查找樹進行查找，直到找到滿足k.compareTo(p.key) == 0的entry。

源碼如下：

final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
        //如果傳入比較器，通過getEntryUsingComparator方法獲取元素
        if (comparator != null)
            return getEntryUsingComparator(key);
        //不允許key值為null
        if (key == null)
            throw new NullPointerException();
        //使用元素的自然順序
            Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
        Entry<K,V> p = root;
        while (p != null) {
            int cmp = k.compareTo(p.key);
            if (cmp < 0)
                //向左找
                p = p.left;
            else if (cmp > 0)
                //向右找
                p = p.right;
            else
                return p;
        }
        return null;
}

如果傳入比較器，通過getEntryUsingComparator方法獲取元素

final Entry<K,V> getEntryUsingComparator(Object key) {
            K k = (K) key;
        Comparator<? super K> cpr = comparator;
        if (cpr != null) {
            Entry<K,V> p = root;
            while (p != null) {
                //通過比較器順序，獲取元素
                int cmp = cpr.compare(k, p.key);
                if (cmp < 0)
                    p = p.left;
                else if (cmp > 0)
                    p = p.right;
                else
                    return p;
            }
        }
        return null;
}

測試用例：

public static void main(String[] args) {
        Map initMap = new TreeMap();
        initMap.put("4", "d");
        initMap.put("3", "c");
        initMap.put("1", "a");
        initMap.put("2", "b");
        //默認自然排序，key為升序
        System.out.println("默認 排序結果:" + initMap.toString());

        //自定義排序，在TreeMap初始化階段傳入Comparator 內部對象
        Map comparatorMap = new TreeMap<String, String>(new Comparator<String>() {

            @Override
            public int compare(String o1, String o2){
                //根據key比較大小，採用倒敘，以大到小排序
                return o2.compareTo(o1);
            }
        });
        comparatorMap.put("4", "d");
        comparatorMap.put("3", "c");
        comparatorMap.put("1", "a");
        comparatorMap.put("2", "b");

        System.out.println("自定義 排序結果:" + comparatorMap.toString());
}

輸出結果：

默認 排序結果:{1=a, 2=b, 3=c, 4=d}
自定義 排序結果:{4=d, 3=c, 2=b, 1=a}

3.2、put方法

put方法是將指定的key, value對添加到map里。該方法首先會對map做一次查找，看是否包含該元組，如果已經包含則直接返回，查找過程類似於getEntry()方法；如果沒有找到則會在紅黑樹中插入新的entry，如果插入之後破壞了紅黑樹的約束，還需要進行調整（旋轉，改變某些節點的顏色）。

源碼如下：

public V put(K key, V value) {
        Entry<K,V> t = root;
        //如果紅黑樹根部為空，直接插入
        if (t == null) {
            compare(key, key); // type (and possibly null) check

            root = new Entry<>(key, value, null);
            size = 1;
            modCount++;
            return null;
        }
        int cmp;
        Entry<K,V> parent;
        // split comparator and comparable paths
        Comparator<? super K> cpr = comparator;
        //如果比較器，通過比較器順序，找到插入位置
        if (cpr != null) {
            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);
            } while (t != null);
        }
        else {
            //通過自然順序，找到插入位置
            if (key == null)
                throw new NullPointerException();
                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);
        }
        //創建並插入新的entry
        Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
        if (cmp < 0)
            parent.left = e;
        else
            parent.right = e;
        //紅黑樹調整函數
        fixAfterInsertion(e);
        size++;
        modCount++;
        return null;
}

紅黑樹調整函數fixAfterInsertion(Entry<K,V> x)

private void fixAfterInsertion(Entry<K,V> x) {
    x.color = RED;
    while (x != null && x != root && x.parent.color == RED) {
        //判斷x是否在樹的左邊，還是右邊
        if (parentOf(x) == leftOf(parentOf(parentOf(x)))) {
            Entry<K,V> y = rightOf(parentOf(parentOf(x)));
            //如果x的父親的父親的右子樹是紅色，違反了紅色節點不能連續
            if (colorOf(y) == RED) {
                //進行顏色調整，以滿足紅色節點不能連續規則
                setColor(parentOf(x), BLACK);
                setColor(y, BLACK); 
                setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
                x = parentOf(parentOf(x));
            } else {
                //如果x的父親的右子樹等於自己，那麼需要進行左旋轉
                if (x == rightOf(parentOf(x))) {
                    x = parentOf(x);
                    rotateLeft(x);
                }
                setColor(parentOf(x), BLACK);  
                setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
                rotateRight(parentOf(parentOf(x)));
            }
        } else {
            //跟上面的流程正好相反
            //獲取x的父親的父親的左子樹節點
            Entry<K,V> y = leftOf(parentOf(parentOf(x)));
            //如果y是紅色節點，違反了紅色節點不能連續
            if (colorOf(y) == RED) {
                //進行顏色轉換
                setColor(parentOf(x), BLACK);
                setColor(y, BLACK);
                setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
                x = parentOf(parentOf(x));
            } else {
                //如果x的父親的左子樹等於自己，那麼需要進行右旋轉
                if (x == leftOf(parentOf(x))) {
                    x = parentOf(x);
                    rotateRight(x);
                }
                setColor(parentOf(x), BLACK);
                setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
                rotateLeft(parentOf(parentOf(x)));
            }
        }
    }
    //根節點一定為黑色
    root.color = BLACK;
}

上述代碼的插入流程：

• 1、首先在紅黑樹上找到合適的位置；
• 2、然後創建新的entry並插入；
• 3、通過函數fixAfterInsertion()，對某些節點進行旋轉、改變某些節點的顏色，進行調整；

調整圖解：

3.3、remove方法

remove的作用是刪除key值對應的entry，該方法首先通過上文中提到的getEntry(Object key)方法找到 key 值對應的 entry，然後調用deleteEntry(Entry<K,V> entry)刪除對應的 entry。由於刪除操作會改變紅黑樹的結構，有可能破壞紅黑樹的約束，因此有可能要進行調整。

源碼如下：

public V remove(Object key) {
        Entry<K,V> p = getEntry(key);
        if (p == null)
            return null;

        V oldValue = p.value;
        deleteEntry(p);
        return oldValue;
}

刪除函數 deleteEntry()

private void deleteEntry(Entry<K,V> p) {
    modCount++;
    size--;
    if (p.left != null && p.right != null) {// 刪除點p的左右子樹都非空。
        Entry<K,V> s = successor(p);// 後繼
        p.key = s.key;
        p.value = s.value;
        p = s;
    }
    Entry<K,V> replacement = (p.left != null ? p.left : p.right);
    if (replacement != null) {// 刪除點p只有一棵子樹非空。
        replacement.parent = p.parent;
        if (p.parent == null)
            root = replacement;
        else if (p == p.parent.left)
            p.parent.left  = replacement;
        else
            p.parent.right = replacement;
        p.left = p.right = p.parent = null;
        if (p.color == BLACK)
            fixAfterDeletion(replacement);// 調整
    } else if (p.parent == null) {
        root = null;
    } else { //刪除點p的左右子樹都為空
        if (p.color == BLACK)
            fixAfterDeletion(p);// 調整
        if (p.parent != null) {
            if (p == p.parent.left)
                p.parent.left = null;
            else if (p == p.parent.right)
                p.parent.right = null;
            p.parent = null;
        }
    }
}

刪除后調整函數fixAfterDeletion()的具體代碼如下：

private void fixAfterDeletion(Entry<K,V> x) {
    while (x != root && colorOf(x) == BLACK) {
        //判斷當前刪除的元素，是在x父親的左邊還是右邊
        if (x == leftOf(parentOf(x))) {
            Entry<K,V> sib = rightOf(parentOf(x));
            //判斷x的父親的右子樹，是紅色還是黑色節點
            if (colorOf(sib) == RED) {
                //進行顏色轉換
                setColor(sib, BLACK);
                setColor(parentOf(x), RED);
                rotateLeft(parentOf(x));
                sib = rightOf(parentOf(x));
            }
            //x的父親的右子樹的左邊是黑色節點，右邊也是黑色節點
            if (colorOf(leftOf(sib))  == BLACK &&
                colorOf(rightOf(sib)) == BLACK) {
                //設置x的父親的右子樹為紅色節點，將x的父親賦值給x
                setColor(sib, RED);
                x = parentOf(x);
            } else {
                //x的父親的右子樹的左邊是紅色節點，右邊也是黑色節點
                if (colorOf(rightOf(sib)) == BLACK) {
                    //x的父親的右子樹的左邊進行顏色調整，右旋調整
                    setColor(leftOf(sib), BLACK);
                    setColor(sib, RED);
                    rotateRight(sib);
                    sib = rightOf(parentOf(x));
                }
                //對x進行左旋，顏色調整
                setColor(sib, colorOf(parentOf(x)));
                setColor(parentOf(x), BLACK);
                setColor(rightOf(sib), BLACK);
                rotateLeft(parentOf(x));
                x = root;
            }
        } else { // 跟前四種情況對稱
            Entry<K,V> sib = leftOf(parentOf(x));
            if (colorOf(sib) == RED) {
                setColor(sib, BLACK);
                setColor(parentOf(x), RED);
                rotateRight(parentOf(x));
                sib = leftOf(parentOf(x));
            }
            if (colorOf(rightOf(sib)) == BLACK &&
                colorOf(leftOf(sib)) == BLACK) {
                setColor(sib, RED);
                x = parentOf(x);
            } else {
                if (colorOf(leftOf(sib)) == BLACK) {
                    setColor(rightOf(sib), BLACK);
                    setColor(sib, RED);
                    rotateLeft(sib);
                    sib = leftOf(parentOf(x));
                }
                setColor(sib, colorOf(parentOf(x)));
                setColor(parentOf(x), BLACK);
                setColor(leftOf(sib), BLACK);
                rotateRight(parentOf(x));
                x = root;
            }
        }
    }
    setColor(x, BLACK);
}

上述代碼的刪除流程：

• 1、首先在紅黑樹上找到合適的位置；
• 2、然後刪除entry；
• 3、通過函數fixAfterDeletion()，對某些節點進行旋轉、改變某些節點的顏色，進行調整；

四、總結

TreeMap 默認是按鍵值的升序排序，如果需要自定義排序，可以通過new Comparator構造參數，重寫compare方法，進行自定義比較。

以上，主要是對 java 集合中的 TreeMap 做了寫講解，如果有理解不當之處，歡迎指正。

五、參考

1、JDK1.7&JDK1.8 源碼
2、
2、

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