Java 集合框架深度解析：TreeSet、Comparable 與 Comparator 實戰

Java 集合框架深度解析：TreeSet、Comparable 與 Comparator 實戰

TreeSet 是基於紅黑樹實現的有序集合，元素不重複且按特定順序排列。要掌握它，必須理解兩大比較機制：自然順序（Comparable）與定製順序（Comparator）。

核心類設計：Person 實現 Comparable

public class Person implements Comparable<Person> {
    private String name;
    private int age;
    // 構造器、getter/setter、equals/hashCode/toString 略

    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        // 先按年齡升序，同年齡按姓名字典序
        int ageDiff = this.age - o.age;
        return (ageDiff == 0) ? this.name.compareTo(o.name) : ageDiff;
    }
}

關鍵點：

• 實現 Comparable<T> 泛型接口，避免強轉。
• compareTo 返回負/零/正分別表示小於/等於/大於。
• 務必與 equals 保持一致：compareTo==0 應等價於 equals==true，否則違反 Set 契約。

定製比較器：ComparatorByName

public class ComparatorByName implements Comparator<Person> {
    @Override
    public int compare(Person p1, Person p2) {
        // 先按姓名，再按年齡
        int nameCmp = p1.getName().compareTo(p2.getName());
        return (nameCmp == 0) ? p1.getAge() - p2.getAge() : nameCmp;
    }
}

優勢：不修改原類、可定義多種排序邏輯、適用於無法修改源碼的類。

TreeSet 實戰演示

public class TreeSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用 Comparator 定製排序
        TreeSet<Person> ts = new TreeSet<>(new ComparatorByName());
        ts.add(new Person("zhangsan", 28));
        ts.add(new Person("lisi", 21));
        ts.add(new Person("zhouqi", 29));
        ts.add(new Person("zhaoliu", 25));
        ts.add(new Person("wangwu", 24));
        ts.add(new Person("lisi", 21));    // 重複元素（equals 相同）不會添加
        ts.add(new Person("zhouqi", 29));  // 同上

        // 輸出結果：按姓名字典序排列
        ts.forEach(System.out::println);
    }
}

輸出順序：lisi:21 → wangwu:24 → zhaoliu:25 → zhangsan:28 → zhouqi:29

核心規則：Comparator 優先於 Comparable；若構造器未傳 Comparator，則要求元素實現 Comparable，否則拋 ClassCastException。

最佳實踐總結

1. 單一自然順序 → 實現 Comparable。
2. 多種排序需求、第三方類、臨時排序 → 提供 Comparator 實例。
3. Java 8+ 可用 Comparator.comparing(Person::getName).thenComparing(Person::getAge) 鏈式構建，代碼更簡潔。