Java中的SortedMap接口及示例

SortedMap接口

SortedMap接口是Java中提供的一种特殊的Map类型，它继承自Map接口，并添加了新的操作方法，可以根据键值按自然顺序或自定义排序方式对Map进行操作，保证Map中所有键值对的有序性。SortedMap接口具有以下特点：

键值对按特定序列排列，排序时会根据键的自然次序（例如：String类型的键会按字母顺序排序）或自定义比较器所定义的顺序，而不是插入的顺序。
提供了访问第一个和最后一个键值对的方法。
提供了子Map方法，用于截取某个范围内的键值对。
所有实现SortedMap的类都必须实现Comparable接口或提供Comparator子类来定义键的排序方式。

排序方式

SortedMap接口的键值对的排序方式分为两种：

自然排序。如果键实现了Comparable接口，则按照键的自然排序方式进行排序。
定制排序。如果键没有实现Comparable接口，或者需要使用一种非自然排序方式，则需要提供一个Comparator子类定义排序方式。

以下是一个自然排序的示例代码：

import java.util.SortedMap;
import java.util.TreeMap;

class SortedMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SortedMap<String, Integer> map = new TreeMap<>();
        map.put("apple", 10);
        map.put("banana", 20);
        map.put("peach", 30);
        map.put("orange", 40);
        map.put("kiwi", 50);
        System.out.println(map);
    }
}

输出结果为：

{apple=10, banana=20, kiwi=50, orange=40, peach=30}

以下是一个定制排序的示例代码：

import java.util.Comparator;
import java.util.SortedMap;
import java.util.TreeMap;

class SortedMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Comparator<String> cmp = (a, b) -> b.compareTo(a);
        SortedMap<String, Integer> map = new TreeMap<>(cmp);
        map.put("apple", 10);
        map.put("banana", 20);
        map.put("peach", 30);
        map.put("orange", 40);
        map.put("kiwi", 50);
        System.out.println(map);
    }
}

输出结果为：

{peach=30, orange=40, kiwi=50, banana=20, apple=10}

操作方法

SortedMap接口提供了一些特殊的操作方法，以下是常用的方法：

firstKey和lastKey

firstKey方法用于返回有序Map中第一个（最小）键对应的值，lastKey方法用于返回有序Map中最后一个（最大）键对应的值。

示例代码：

import java.util.SortedMap;
import java.util.TreeMap;

class SortedMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SortedMap<String, Integer> map = new TreeMap<>();
        map.put("apple", 10);
        map.put("banana", 20);
        map.put("peach", 30);
        map.put("orange", 40);
        map.put("kiwi", 50);
        System.out.println(map.firstKey()); // 输出 apple
        System.out.println(map.lastKey()); // 输出 kiwi
    }
}

subMap

subMap方法用于从有序Map中截取出一个子Map，包含指定范围内的键值对。方法有两个参数，分别是起始键和截止键，包含起始键对应的值但不包含截止键对应的值。如果不指定截止键，则截取从起始键（包含）到有序Map中最后一个键对应的值。

示例代码：

import java.util.SortedMap;
import java.util.TreeMap;

class SortedMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SortedMap<String, Integer> map = newTreeMap<>();
        map.put("apple", 10);
        map.put("banana", 20);
        map.put("peach", 30);
        map.put("orange", 40);
        map.put("kiwi", 50);
        SortedMap<String, Integer> subMap = map.subMap("banana", "orange");
        System.out.println(subMap); // 输出 {banana=20, kiwi=50, orange=40}
    }
}

注意，subMap方法返回的子Map是原始Map的视图，对子Map的修改会影响原始Map。

实现类

Java中提供了两个实现了SortedMap接口的常用类：

TreeMap：基于红黑树实现，具有O(log n)的时间复杂度。
ConcurrentSkipListMap：基于跳表实现，具有同步和并发安全性。

以下是TreeMap的示例代码：

import java.util.SortedMap;
import java.util.TreeMap;

class SortedMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SortedMap<String, Integer> map = new TreeMap<>();
        map.put("apple", 10);
        map.put("banana", 20);
        map.put("peach", 30);
        map.put("orange", 40);
        map.put("kiwi", 50);
        System.out.println(map);
    }
}

输出结果为：

{apple=10, banana=20, kiwi=50, orange=40, peach=30}

总结

当需要对Map中的键值对进行排序时，可以使用SortedMap接口和它的实现类TreeMap和ConcurrentSkipListMap。其中，TreeMap基于红黑树实现，可以在O(log n)的时间内对键值对进行增删改查和排序操作。SortedMap接口提供了访问第一个和最后一个键值对，以及截取子Map的操作方法。通过Comparator子类可以实现定制排序。