Java 中实现集合的 keep in order （后续）

loostudy 发布于2019-08-14 15:30 / 1702人阅读

摘要：写完上一篇中实现集合的后，自己又进行了一番探索，结合在公司项目的实际测试后，总结了一个更加有效地基于红黑树的结构来实现集合的，由于使用二叉树来保存有序集合，因此对集合的增加删除查找的时间复杂度均为。

写完上一篇「Java 中实现集合的 keep in order」后，自己又进行了一番探索，结合在公司项目的实际测试后，总结了一个更加有效地、基于 TreeSet（红黑树）的结构来实现集合的 keep in order，由于使用二叉树来保存有序集合，因此对集合的增加、删除、查找的时间复杂度均为 log(n)。

集合（Set）的约定

Java 中对集合（Set）一般做法是：为了代码的健壮性，尽量在 Set 中保存不可变的对象。因为不管是 HashSet 还是 TreeSet，他们都依赖元素自身的特性来保证集合的不重复性。如 HashSet 依赖元素的 equals 和 hashCode 方法，TreeSet 依赖元素的 compareTo 方法或自定义的 Comparator。

元素改变情况下保持集合有序

首先，公司项目里，服务器维护了一个玩家的集合：

class PlayerManager {
    
    // 玩家的 Map，<玩家 id -> 玩家实体>
    Map map = new ConcurrentHashMap<>();
}

// 玩家实体
interface Player {
    
    int getId();
    
    int getMoney();
    
    void setMoney(int money);
}

这个 map 将成为数据源，它不一定是有序。现在增加一个成员：

// 可重排序的集合，保存不可变对象：玩家 id
Set reorderableSet;

这个集合记录这所有玩家的 id 值，并以某种顺序进行排序，排序的规则视需求而定，假如要以玩家拥有的金钱数来做财富排行榜。
由于玩家的财富值始终在发生变化，因此我定义一个接口来感知这种变化：

interface Reorderable {

    // 这个方法用于重新计算元素 E 在集合中的索引
    void recomputeOrder(E element, ElementChangedCallback callback);

    // 这是一个回调，处理元素值改变的代码
    interface ElementChangedCallback {

        void onElementChanged(E element);
    }
}

然后用 TreeSet 的子类实现上面的 Reorderable 接口来构造一个可重排序的集合：

class ReorderableSet extends TreeSet implements Reorderable {

    // 使用自定义的比较器
    public ReorderableSet(Comparator comparator) {
        super(comparator);
    }

    @Override
    public void recomputeOrder(E element, ElementChangedCallback callback) {
        if (contains(element)) {
            // 先将元素从集合中移除，时间复杂度 log(n)
            remove(element);
            // 再使用回调去改变元素的值
            callback.onElementChanged(element);
            // 在将元素添加到集合里，时间复杂度 log(n)
            add(element);
        }
    }
}

因为是实现一个财富排行榜，所以定义排序规则为简单的比较一下金钱数目即可：

// 这里的 Integer 代表玩家 id
class MoneyComparator implements Comparator {

    @Override
    public int compare(Integer A, Integer B) {
        
        // 从服务器维护的玩家集合中获取玩家的引用
        Player playerA = map.get(A);
        Player playerB = map.get(B);
        
        // 降序排列
        return playerB.getMoney() - playerA.getMoney();
    }
}

这时候可以构造之前定义的 Set reorderableSet 了：

Set reorderableSet = new ReorderableSet<>(new MoneyComparator());

要响应玩家金钱的变化，则构造一个实现 ElementChangedCallback 接口的类，并把它放在任何玩家金钱改变的地方：

class UpdateMoney implements Reorderable.ElementChangedCallback {

    int money;

    UpdateMoney(int money) {
        this.money= money;
    }

    @Override
    public void onElementChanged(Integer playerId) {
        // 玩家金钱改变
        Player player = map.get(playerId);
        player.setMoney(money);
    }
}

玩家金钱改变的时候调用一下代码，比如买东西的时候

void buyGood(Player player, int cost) {
    Reorderable reorderableSet = ......; // 获得引用
    int moneyRemain = player.getMoney() - cost;
    
    // 构造 UpdateMoney 回调
    reorderableSet .recomputeOrder(player.getId(), new UpdateMoney(moneyRemain);
}

因此，就可以实现集合（Set）在元素值改变时保持有序了，由于 TreeSet 基于红黑树实现，对它的查找添加删除均很快。

总结

通用的框架就像下面这样：

class ReorderableSet extends TreeSet implements Reorderable {

    public ReorderableSet() {
    }

    public ReorderableSet(Comparator comparator) {
        super(comparator);
    }

    public ReorderableSet(Collection c) {
        super(c);
    }

    public ReorderableSet(SortedSet s) {
        super(s);
    }

    @Override
    public void recomputeOrder(E element, ElementChangedCallback callback) {
        if (contains(element)) {
            // 先将元素从集合中移除，时间复杂度 log(n)
            remove(element);
            // 再使用回调去改变元素的值
            callback.onElementChanged(element);
            // 在将元素添加到集合里，时间复杂度 log(n)
            add(element);
        }
    }
}

interface Reorderable {

    void recomputeOrder(E element, ElementChangedCallback callback);

    interface ElementChangedCallback {

        void onElementChanged(E element);
    }
}

考虑到线程安全，可以在 recomputeOrder 中进行加锁操作。

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