TreeMap 是 Java 集合框架中基于红黑树实现的有序 Map 集合，它实现了 NavigableMap 接口（继承自 SortedMap），能够按照键的自然顺序或自定义比较器对键值对进行排序。与 HashMap 相比，TreeMap 牺牲了部分插入和查询性能，换取了有序性和丰富的导航能力。
有序性：
默认按照键的自然顺序（实现 Comparable 接口的 compareTo 方法）排序。
可通过构造方法指定自定义比较器（Comparator），灵活定义排序规则。
所有键必须具有可比性（要么实现 Comparable，要么提供 Comparator），否则会抛出 ClassCastException。
存储结构：
底层采用红黑树（一种自平衡二叉查找树）实现，确保键的有序性和操作效率。
红黑树的特性保证了插入、删除、查询操作的时间复杂度为 O (log n)。
键值约束：
键不能为 null（会抛出 NullPointerException）。
值可以为 null，且支持多个键对应 null 值。
非线程安全：
本身不是线程安全的，多线程环境下需手动同步（如使用 Collections.synchronizedSortedMap()）。
导航能力：
提供丰富的导航方法（如获取最小 / 大键、范围查询等），这是其区别于其他 Map 的核心优势。
TreeMap 提供了 4 种构造方法：
TreeMap()：创建一个空 TreeMap，使用键的自然顺序排序（要求键实现 Comparable 接口）。
TreeMap(Comparator<? super K> comparator)：创建一个空 TreeMap，使用指定的比较器排序。
TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> m)：从指定 Map 复制键值对，使用键的自然顺序排序。
TreeMap(SortedMap<K, ? extends V> m)：从指定 SortedMap 复制键值对，沿用其排序规则。
TreeMap 是基于红黑树实现的有序映射，其核心特性是键的自然排序（或自定义比较器排序），所有方法均围绕有序性和红黑树的高效操作展开。以下是其主要方法的详细介绍：
功能：向映射中添加键值对，若键已存在则覆盖旧值。
有序性核心：
插入时会根据键的排序规则（默认 Comparable 接口，或构造时指定的 Comparator）将键值对插入红黑树的对应位置，保证树始终有序。
若键为 null：
若使用默认排序（键实现 Comparable），插入 null 会抛出 NullPointerException（因 null 无法调用 compareTo 方法）。
若自定义比较器且支持 null 键，则可正常插入（需在比较器中处理 null 逻辑）。
返回值：返回键之前关联的值（若键不存在则返回 null）。
功能：根据键获取对应的值，利用红黑树的二分查找特性，时间复杂度为 O(log n)。
查找逻辑：
通过排序规则（compareTo 或 Comparator）在红黑树中定位键的位置。
若找到匹配的键，返回关联的值；若键不存在或不支持 null 键时传入 null，返回 null。
注意：查找时的 “键匹配” 依赖排序规则，而非 equals 方法（但建议 compareTo 结果与 equals 逻辑一致，避免逻辑矛盾）。
功能：删除指定键对应的键值对，删除后会自动调整红黑树结构，维持有序性和平衡性。
返回值：返回被删除键关联的值（若键不存在，返回 null）。
特殊情况：若键为 null 且不支持 null 键，直接返回 null（不抛出异常）。
功能：判断映射中是否包含指定键，内部逻辑与 get 方法一致（通过排序规则查找键的位置）。
返回值：找到键则返回 true，否则返回 false（包括键为 null 且不支持的情况）。
功能：返回映射中键值对的总数量，内部维护一个计数器，插入 / 删除时实时更新，时间复杂度为 O(1)。
注意：返回值为当前有效键值对数量，红黑树的结构调整不影响此计数。
功能：清空映射中所有键值对，同时重置红黑树（将根节点置为 null），计数器归零。
行为：清空后 size() 返回 0，isEmpty() 返回 true，后续插入会重新构建红黑树。
功能：返回映射中最小的键（按排序规则定义的 “最小”）。
实现逻辑：红黑树的最小键对应树的最左子节点，通过循环遍历左子节点直至 null 找到。
异常：若映射为空，调用此方法会抛出 NoSuchElementException。
功能：返回映射中最大的键（按排序规则定义的 “最大”）。
实现逻辑：红黑树的最大键对应树的最右子节点，通过循环遍历右子节点直至 null 找到。
异常：若映射为空，调用此方法会抛出 NoSuchElementException。
这类方法用于获取键在指定范围内的子映射，返回的 SortedMap 是原映射的视图（修改子映射会同步影响原映射，反之亦然）。
功能：返回键严格小于 toKey 的所有键值对构成的子映射。
注意：
子映射的键范围是 [最小键, toKey)（左闭右开）。
若 toKey 小于原映射的最小键，返回空的子映射；若 toKey 大于等于最大键，返回原映射的完整视图。
功能：返回键大于等于 fromKey 的所有键值对构成的子映射。
注意：子映射的键范围是 [fromKey, 最大键]（左闭右闭）。
功能：返回键在 [fromKey, toKey) 范围内（左闭右开）的所有键值对构成的子映射。
异常：若 fromKey 大于 toKey，或 fromKey/toKey 超出原映射的键范围（且比较器不支持），会抛出 IllegalArgumentException。
这类方法用于查找与指定键 “最接近” 的键值对（Entry），返回结果包含键和值，适用于需要 “近似匹配” 的场景。
功能：返回键严格小于 key 的所有键中，最大键对应的键值对（即 “小于 key 的最大 Entry”）。
返回值：找到则返回该 Entry，若不存在（如 key 小于所有键）则返回 null。
功能：返回键严格大于 key 的所有键中，最小键对应的键值对（即 “大于 key 的最小 Entry”）。
返回值：找到则返回该 Entry，若不存在（如 key 大于所有键）则返回 null。
功能：返回键小于或等于 key 的所有键中，最大键对应的键值对（即 “不大于 key 的最大 Entry”）。
区别于 lowerEntry：若 key 本身存在于映射中，直接返回 key 对应的 Entry；lowerEntry 则返回小于 key 的最大 Entry。
功能：返回键大于或等于 key 的所有键中，最小键对应的键值对（即 “不小于 key 的最小 Entry”）。
区别于 higherEntry：若 key 本身存在于映射中，直接返回 key 对应的 Entry；higherEntry 则返回大于 key 的最小 Entry。
功能：删除并返回映射中最小键对应的键值对（等同于先调用 firstKey() 找到最小键，再调用 remove() 删除）。
返回值：删除的 Entry，若映射为空则返回 null（不抛出异常，区别于 firstKey()）。
功能：删除并返回映射中最大键对应的键值对（等同于先调用 lastKey() 找到最大键，再调用 remove() 删除）。
返回值：删除的 Entry，若映射为空则返回 null。
功能：返回键的逆序集合视图（即按原排序规则的相反顺序排列），返回的 NavigableSet 支持反向迭代、反向范围查询等操作。
行为：该集合是原映射的视图，修改原映射会同步更新此集合；迭代时按 “从大到小” 的顺序遍历键。
示例：若原映射键按 1,2,3 排序，descendingKeySet() 遍历结果为 3,2,1。
下面将演示，当 TreeMap 未指定自定义比较器（Comparator）时，TreeMap 会依赖键（key）自身实现的 Comparable 接口来确定排序规则。是 TreeMap 最常用的排序模式之一。例如：
package com.hxstrive.java_collection.treeMap;
import java.util.TreeMap;
import java.util.Map;
public class TreeMapExample {
public static void main(String[] args) {
// 键为 Integer（已实现 Comparable），默认按自然顺序（升序）排序
TreeMap<Integer, String> numMap = new TreeMap<>();
numMap.put(3, "Three");
numMap.put(1, "One");
numMap.put(2, "Two");
numMap.put(5, "Five");
numMap.put(4, "Four");
// 迭代顺序为键的升序
System.out.println("自然顺序（升序）：");
for (Map.Entry<Integer, String> entry : numMap.entrySet()) {
System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
}
// 导航方法示例
System.out.println("\n最小键：" + numMap.firstKey()); // 1
System.out.println("最大键：" + numMap.lastKey()); // 5
System.out.println("小于3的最大键值对：" + numMap.lowerEntry(3)); // 2=Two
}
}运行结果：
自然顺序（升序）： 1=One 2=Two 3=Three 4=Four 5=Five 最小键：1 最大键：5 小于3的最大键值对：2=Two Process finished with exit code 0
TreeMap 还支持通过自定义 Comparator 实现灵活的排序规则，包括降序排序。当 TreeMap 构造时传入自定义比较器，会优先使用该比较器替代键的自然排序（Comparable 接口），从而实现键的降序排列。例如：
package com.hxstrive.java_collection.treeMap;
import java.util.TreeMap;
import java.util.Comparator;
public class TreeMapComparatorExample {
public static void main(String[] args) {
// 自定义比较器：按字符串长度降序排序
TreeMap<String, Integer> strMap = new TreeMap<>(
Comparator.comparingInt(String::length).reversed()
);
strMap.put("apple", 5);
strMap.put("banana", 6);
strMap.put("pear", 4);
strMap.put("orange", 6); // 长度与banana相同，按自然顺序排列
System.out.println("按字符串长度降序：");
System.out.println(strMap);
strMap.forEach((k, v) -> System.out.println(k + "（长度：" + v + "）"));
}
}运行结果：
按字符串长度降序：
{banana=6, apple=5, pear=4}
banana（长度：6）
apple（长度：5）
pear（长度：4）观察输出结果，你会发现“orange”没有被放入到 Map 中，这是为什么呢？
TreeMap 判定两个键是否 “相等” 的依据是比较器的返回值：若 compare(k1, k2) == 0，则认为 k1 和 k2 是同一个键，新键值对会覆盖旧键值对（键不会重复添加）。
当执行 strMap.put("orange", 6) 时：
TreeMap 发现 orange 与已存在的 banana 在比较器中返回 0 → 判定为同一键。
此时会用新值（6）覆盖旧值（6，值相同不影响），但键仍然是 banana（因为先放入的键会被保留，后放入的同键会覆盖值但不改变键）。
因此，最终 TreeMap 中只会保留 banana 这个键，orange 作为 “重复键” 被忽略（仅覆盖值，键未新增）。简单修改一下代码进行验证：
package com.hxstrive.java_collection.treeMap;
import java.util.TreeMap;
import java.util.Comparator;
public class TreeMapComparatorExample {
public static void main(String[] args) {
// 自定义比较器：按字符串长度降序排序
TreeMap<String, Integer> strMap = new TreeMap<>(
Comparator.comparingInt(String::length).reversed()
);
strMap.put("apple", 5);
strMap.put("banana", 6);
strMap.put("pear", 4);
strMap.put("orange", 16); // 长度与banana相同，按自然顺序排列
System.out.println("按字符串长度降序：");
System.out.println(strMap);
strMap.forEach((k, v) -> System.out.println(k + "（长度：" + v + "）"));
}
}运行结果：
按字符串长度降序：
{banana=16, apple=5, pear=4}
banana（长度：16）
apple（长度：5）
pear（长度：4）此时输出结果中，banana 只为 16 了，值被覆盖了。
TreeMap 是 Java 集合框架中具有有序性的 Map 实现，与其他常见 Map（如 HashMap、LinkedHashMap、Hashtable、ConcurrentHashMap 等）相比，在数据结构、排序特性、性能等方面有显著差异。如下表：
特性 | TreeMap | HashMap | LinkedHashMap |
有序性 | 自然顺序或自定义顺序 | 无序 | 插入顺序或访问顺序 |
底层结构 | 红黑树 | 哈希表 | 哈希表 + 双向链表 |
查找效率 | O(log n) | 平均 O (1) | 平均 O (1) |
插入 / 删除效率 | O(log n) | 平均 O (1) | 平均 O (1)（额外链表操作） |
键是否允许为 null | 不允许 | 允许（1 个） | 允许（1 个） |
导航能力 | 丰富（范围查询等） | 无 | 无 |
下面是 TreeMap 适用场景：
（1）需要有序键值对的场景：如排行榜（按分数排序）、字典（按字母顺序排序）等。
（2）范围查询场景：需频繁执行「获取小于 / 大于某个键的元素」「获取区间内元素」等操作时。
（3）自定义排序规则场景：键的自然顺序不符合需求，需通过比较器灵活定义排序逻辑时。
注意，TreeMap 是有序 Map 的首选实现，尤其适合需要频繁进行范围查询和排序操作的场景，虽然性能略低于 HashMap，但提供了更强大的有序性和导航能力。
更多信息参考 https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/TreeMap.html API 文档。
川公网安备51010802032098