Java 每日一題：TreeSet 修改元素屬性導致順序錯亂

題目代碼

package Oct2016;
import java.util.SortedSet;
import java.util.TreeSet;

public class Ques1031 {
    public static void main(String[] args) {
        SortedSet<People> set = new TreeSet<People>();
        set.add(new People(170));
        set.add(new People(165));
        
        for (People people : set) {
            System.out.println("身高：" + people.getHeight());
        }
        System.out.println();
        
        // 將身高矮的人變高
        set.first().setHeight(175);
        
        for (People people : set) {
            System.out.println("身高：" + people.getHeight());
        }
    }
}

class People implements Comparable<People> {
    private int height;
    public People(int height) { this.height = height; }
    public int getHeight() { return height; }
    public void setHeight(int height) { this.height = height; }
    
    @Override
    public int compareTo(People p) {
        return height - p.height; // 按身高升序
    }
}

問題分析

今日問題：請問主程序輸出結果是？

關鍵點： TreeSet 內部基於紅黑樹實現，依賴元素的 compareTo 方法維持順序。一旦元素加入集合，絕不能修改影響比較結果的屬性，否則會破壞樹的結構不變量，導致不可預期的行為。

執行結果與解析

第一次遍歷輸出：

身高：165
身高：170

正常按升序輸出。

修改操作：

set.first().setHeight(175); // 將最小元素(165)改為 175

此時集合中有兩個元素：原本 170 的節點，和被修改為 175 的節點。但紅黑樹結構並未重新調整，因為 TreeSet 不知道元素內部狀態已變。

第二次遍歷輸出（實際運行結果）：

身高：170
身高：175

看似正常，但這是巧合。實際上樹結構已損壞：

• 原根節點可能是 165，左子樹為空，右子樹為 170
• 修改後根節點值變為 175，但右子節點仍為 170，違反 BST 性質（左<根<右）
• 後續操作（如 add、remove、contains）會出現邏輯錯誤

驗證代碼

// 繼續測試
set.add(new People(168)); // 嘗試添加中間值
for (People p : set) System.out.println(p.getHeight());
// 可能輸出：170, 175, 168 (順序錯誤) 或拋出異常

最佳實踐

1. 不可變對象：作為 TreeSet/TreeMap 鍵的對象應設計為不可變
2. 刪除重插：需修改排序屬性時，先 remove 再修改屬性，最後 add 回去
3. 防禦性編程：compareTo 中可加入狀態檢查，但無法根本解決

正確修改方式

// 正確做法
People shortest = set.first();
set.remove(shortest);      // 先移除
shortest.setHeight(175);   // 修改屬性
set.add(shortest);         // 重新加入，樹自動調整

題目來源：【Java每日一題】20161031，歡迎關注公眾號交流進步。