在Java中如何使用TreeMap与TreeSet_Java集合排序与树结构说明

TreeMap和TreeSet基于红黑树，天然排序但不接受null；键/元素须可比较（Comparable或Comparator），否则抛ClassCastException或NullPointerException；去重依赖compareTo而非equals，需保持语义一致；subMap等为原Map视图，修改互通；不维护插入顺序，仅保证排序顺序；操作时间复杂度均为O(log n)。

TreeMap 和 TreeSet 底层都基于红黑树，天然支持排序，但它们不接受 null 键或元素（否则抛 NullPointerException），且排序依赖 Comparable 实现或外部 Comparator —— 这是使用前必须确认的底线。

TreeMap 的键必须可比较，否则运行时报错

TreeMap 要求所有键能比较大小。如果键类型没实现 Comparable，又没传 Comparator，第一次 put() 就会抛 ClassCastException。

• 常见错误：用自定义类（如 Person）作键，但没重写 compareTo()，也没传 Comparator
• 正确做法：要么让类实现 Comparable，要么构造时显式传 Comparator
• 注意：即使键是 String 或 Integer 这类自带 Comparable 的类型，若插入 null 键，仍会立即报 NullPointerException

TreeMap map = new TreeMap<>();
map.put("a", 1); // OK
map.put(null, 2); // 抛 NullPointerException

TreeSet 对元素去重靠 compareTo() / compare()，不是 equals()

TreeSet 判断“重复”不调用 equals()，而是看 compareTo() 是否返回 0。这意味着：如果 compareTo() 和 equals() 语义不一致，会出现逻辑矛盾。

• 例如：两个 Person 对象 name 相同但 id 不同，若 compareTo() 只比 name，则它们会被视为“相同”，后者无法加入 TreeSet
• 反之，若 compareTo() 返回 0 但 equals() 返回 false，集合行为将违反 Set 合约（比如 contains() 可能返回 true，但遍历时找不到该对象）
• 建议：让 compareTo() 和 equals() 基于同一组字段，保持一致

TreeMap 的 subMap/headMap/tailMap 是视图，修改影响原 Map

这些方法返回的是原 TreeMap 的“子视图”，不是副本。对子视图的增删改，会实时反映到原 Map 中，反之亦然。

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• subMap(fromKey, toKey) 是左闭右开区间；fromKey 必须 ≤ toKey，否则抛 IllegalArgumentException
• 若原 Map 中不存在 fromKey，headMap(toKey) 仍正常工作，它只关心键的顺序关系
• 性能无额外拷贝开销，但要注意并发场景下可能因共享结构引发意外修改

TreeMap m = new TreeMap<>();
m.put(1, "a"); m.put(3, "c"); m.put(5, "e");
SortedMap sub = m.subMap(2, 4); // 包含键 3
sub.put(3, "C"); // m 中键 3 的值也变成 "C"

TreeSet 无法保证插入顺序，只保证排序后顺序

和 LinkedHashSet 不同，TreeSet 没有记录插入时间的能力。哪怕你按 5、3、7 的顺序添加，迭代结果永远是 3、5、7 —— 它只维护红黑树结构，不保留任何插入痕迹。

• 如果需要“按插入顺序 + 去重”，得用 LinkedHashSet；如果需要“按某种业务规则排序 + 去重”，才选 TreeSet
• 注意：TreeSet 构造时传入 Comparator，其排序逻辑会完全覆盖自然顺序，且该逻辑必须满足“自反性、传递性、对称性”，否则行为不可预测
• 一个易忽略点：TreeSet 的 iterator() 返回的是升序迭代器；若要降序，得用 descendingIterator()，而不是靠反转集合

红黑树的平衡机制决定了 TreeMap/TreeSet 的 get()、add()、remove() 都是 O(log n)；但如果你误以为它们能替代 ArrayList 做随机索引访问（比如想取“第 3 个元素”），就会卡在没有 get(int index) 方法上 —— 这事得靠 Stream 或手动遍历，别硬套数组思维。