浅析Java源码之HashMap外传-红黑树Treenode(已鸽)

  (这篇文章暂时鸽了,有点理解不能,点进来的小伙伴可以撤了)

  刚开始准备在HashMap中直接把红黑树也过了的,结果发现这个类不是一般的麻烦,所以单独开一篇。

  由于红黑树之前完全没接触过,所以这篇博客相当于探索(其实之前的博客都是边看源码边写的,全是探索)。

  

  红黑树没见过,树我还是知道的,所以先上一张帅图:

  

  红黑树在这个基本树的基础上还多了red,暂时不知道啥意思,慢慢探索。

  先来一个类总览:

    static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
        // ...
    }

  这个红黑树继承了一个另外一个类中的静态内部类:

    static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {}

  这个类也继承了一个静态内部类,竟然是HashMap中的Node,真是无语的循环!

  这些东西虽然绕来绕去,但是总的特性就是两个字:链表!!!!!!!!!

变量

  废话不多说,首先来看一个这个类的内部变量:

    // 父节点
    TreeNode<K,V> parent;
    // 左右子节点
    TreeNode<K,V> left;
    TreeNode<K,V> right;
    // ???
    TreeNode<K,V> prev;
    // 红黑树的精髓 => red!
    boolean red;

  这些节点的意思都比较直接,按理讲在正常的树中只有父、左、右三个,这里的prev和red暂时不清楚干嘛用的。

  

构造函数

  接下来是构造函数

    TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
        super(hash, key, val, next);
    }

  super!然后我跑去看了下LinkedHashMap.Entry的构造函数,还是super!!!!

  绕了一圈,最后还是回到了Node的构造函数,如下:

    Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        this.hash = hash;
        this.key = key;
        this.value = value;
        this.next = next;
    }

  没啥好讲的。

  

  需要注意的是,静态内部类都是作为工具来使用的,所以不从常规的添加节点、查询来讲解,直接从链表转红黑树的方法入手,看到什么方法讲什么方法,Let's go!

    // tab为HashMap的数组
    final void treeify(Node<K,V>[] tab) {
        TreeNode<K,V> root = null;
        // 这里的this是需要树转换数组索引处的第一个链表元素
        for (TreeNode<K,V> x = this, next; x != null; x = next) {
            // 依次往上获取节点
            next = (TreeNode<K,V>)x.next;
            x.left = x.right = null;
            // 第一个元素被设置为树的根节点
            if (root == null) {
                x.parent = null;
                x.red = false;
                root = x;
            }
            else {
                K k = x.key;
                int h = x.hash;
                Class<?> kc = null;
                for (TreeNode<K,V> p = root;;) {
                    int dir, ph;
                    K pk = p.key;
                    // 根据hash值的大小区分左右
                    if ((ph = p.hash) > h)
                        dir = -1;
                    else if (ph < h)
                        dir = 1;
                    // 当出现hash碰撞 暂时不管这个
                    else if ((kc == null &&
                            (kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
                            (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)
                        dir = tieBreakOrder(k, pk);
                    // 这里的xp变成了root
                    TreeNode<K,V> xp = p;
                    // 这个表达式不加括号看起来真是恶心
                    // 根据dir判断root.left或者root.right是否为null
                    if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
                        // 设置下一个元素的parent为root
                        x.parent = xp;
                        // 设置root的left或right
                        if (dir <= 0)
                            xp.left = x;
                        else
                            xp.right = x;
                        root = balanceInsertion(root, x);
                        break;
                    }
                }
            }
        }
        moveRootToFront(tab, root);
    }

  在前面的转换中,其实参数tab并没有用上,所以暂时只需要关注链表本身。

  在balanceInsertion方法之前,只完成了两件事:

1、将链表的第一个元素设置为根节点

2、将第二个元素的hash与根节点做比较,然后设置根节点的left或right为该元素

  画个帅图:

  接下来看balanceInsertion方法做了什么,该方法接受两个参数:根节点、根节点的left(right)节点。

  这个方法真长,让我深深的吸了一口气。

    static <K, V> TreeNode<K, V> balanceInsertion(TreeNode<K, V> root,TreeNode<K, V> x) {
        // 红属性
        x.red = true;
        // xp => x的父节点
        // xpp => xp的父节点
        // xppl => xpp.left
        // xppr => xpp.right
        for (TreeNode<K, V> xp, xpp, xppl, xppr;;) {
            // 当x为根节点时
            // 这时xp已经被赋值 xp => root
            if ((xp = x.parent) == null) {
                x.red = false;
                return x;
            }
            // 根节点red为false 所以直接返回root 
            else if (!xp.red || (xpp = xp.parent) == null)
                return root;
                
            // more code...
        }
    }

  很遗憾,返回的特别快,这里的x为根节点的子节点,而根节点的父节点为null,所以这里直接返回root,返回后break,进入下一个循环。

  总的来说,这个函数在第一次什么都没有做。

  下一次循环时,x为链表中第三个元素,这里就存在一种新情况:dir的值。

  首先当dir的值与上次不同时,我们假设在第二次判断中,x的hash值小于根节点root,于是dir为-1,这样就有:

    xp.left = x;

  而第三次,x的hash值比根节点大,而root.right此时仍为null,所以有

    xp.right = x;

  这样,根节点的两个儿子就集齐了。

  另外一种情况就是dir的值与上次相同,此时p.left即root.left不为null,所以会进入下一轮内循环。此时的p不再是root,而是root.left,即第二个链表元素。

  同样,第二个链表元素作为父节点与当前节点的hash作比较,然后设置对应的left/right。

  此时,balanceInsertion函数就会进入下一个判断分支:

    static <K, V> TreeNode<K, V> balanceInsertion(TreeNode<K, V> root,TreeNode<K, V> x) {
        // 红属性
        x.red = true;
        for (TreeNode<K, V> xp, xpp, xppl, xppr;;) {
            if ((xp = x.parent) == null) {/**/}
            else if (!xp.red || (xpp = xp.parent) == null){/**/ }
            //  此时xpp为root 父元素正好等于root.left
            if (xp == (xppl = xpp.left)) {
                // 此时xpp.right还没有值
                if ((xppr = xpp.right) != null && xppr.red) {
                    // ...
                } else {
                    if (x == xp.right) {
                        // ...
                    }
                    if (xp != null) {
                        // ...
                    }
                }
            } else {
                // ...
            }
        }
    }

  这里的分支特别多。。。先看看当前的情况,并假设2次都是left,父、父父均无右节点,如图:

  

  一个一个情况的讨论,反正基本的塞节点已经明白了。这种情况下,会进入如下分支:

    if (xp == (xppl = xpp.left)) {
        // 此时xpp.right还没有值
        if ((xppr = xpp.right) != null && xppr.red) {
            // ...
        } else {
            if (x == xp.right) {
                // ...
            }
            if (xp != null) {
                // 父节点黑了
                xp.red = false;
                if (xpp != null) {
                    // 父父节点红了
                    xpp.red = true;
                    root = rotateRight(root, xpp);
                }
            }
        }
    } else {
        // ...
    }

  这种情况下,将父节点置黑,父父节点置红,并调用另外一个方法rotateRight。

  直接看这个方法,接受两个参数:根节点、父父节点(还是root):

    static <K,V> TreeNode<K,V> rotateRight(TreeNode<K,V> root,TreeNode<K,V> p) {
        TreeNode<K,V> l, pp, lr;
        if (p != null && (l = p.left) != null) {
                // p.left = l.right
                if ((lr = p.left = l.right) != null)
                    lr.parent = p;
                // l.parent = p.parent
                if ((pp = l.parent = p.parent) == null)
                    (root = l).red = false;
                else if (pp.right == p)
                    pp.right = l;
                else
                    pp.left = l;
                l.right = p;
                p.parent = l;
        }
        return root;
    }

  这个函数应该是叫做向右翻转红黑树,在理解的时候尽量不要把p当做根节点,而是一个普通的节点。

  另外,这里就直接讲解各种情况下的翻转效果。

  每一个if语句中的赋值都会改变树的结构,这里不太好讲,用图来一步一步解释,当前例子:

  

  可见,翻转后,原来的root被转移到了l的右边,l变成了新的root且red被置false,函数返回新的root。

  现在讨论更加普遍的情况,首先看在什么情况下会调用右翻转,将上一个函数中的第一个判断分支抽出如下:

    // true
    xp == (xppl = xpp.left)
    // false
    (xppr = xpp.right) != null && xppr.red
    // true
    xp != null
    // true
    xpp != null

  false代表这是else分支。

1、父元素为父父元素的left

2、父父元素的right为null或者父父元素的red为真

3、父元素及父父元素均不为null

  很明显,上面的翻转符合这个条件,这里还有另外两种情况,即:

  针对这两种情况的翻转给出对应的结果图:

  可以看出,在p为根节点时,l会被转换为新的根节点,并且有:

    l.right = p;
    p.left = l.right

  然而,在p不为根节点时,情况稍微会不一样:

  这种情况下不会根节点替换,仅仅是p与l进行换位。

  下面来看第二个分支:

    // false
    xp == (xppl = xpp.left)
    // false
    xppl != null && xppl.red
    // true
    x == xp.left

  即:

1、父元素为父父元素的right

2、父父元素的left为null或者red为真

3、当前元素为父元素的left

  这里的参数不太一样:

    root = rotateRight(root, x = xp);

  直接看图吧!

  我要疯了!!!!

  

  技术太渣,暂时不搞这个数据结构。。。

原文地址:https://www.cnblogs.com/QH-Jimmy/p/7810644.html