数据结构 - 红黑树

更多数据结构内容,请参考:数据结构 - 概要

简介

红黑树介绍请参考:

红黑树是二叉查找树中的Super Star,应用极其广泛,远甚于其他查找树。

红黑树在面试中被问到的概率非常大。

疑问中理解技术

红黑树有什么特点
红黑树的特点,只能记了:

  • 是一个二叉查找树
  • 所有的节点只有也必须有红色和黑色两种颜色
  • 根节点是黑色的
  • 所有的叶子节点是黑色的
  • 根节点到叶子节点的所有路径上,黑色节点数量必须一样
  • 任意两个红色节点不能相连

正是由于上述规定,导致了红黑树的特性

为什么使用红黑树
首先,红黑树是个二叉查找树,说明这个树是主要用来进行查找的。
普通的二叉查找树有个缺点,即在极端情况下,会退化成链表,这样查找效率是非常差的。这个参考数据结构 - 二叉查找树

为了使查找效率比较均衡,不会出现极端情况下变得太差的情况,需要二叉查找树是平衡的。参考数据结构 - 平衡二叉树

红黑树的上述特点,使红黑树是近似平衡的,即两棵子树的高度差不会超过2倍。

这样就使红黑树的查询效率是比较高,也比较稳定的

为什么不使用AVL树
AVL树是严格的平衡二叉树,两棵子树的高度差最大为1。所以AVL树的查找性能是非常均衡,也非常好的。

但是正是由于AVL的条件比较严格,实现起来会非常复杂。当然,实现复杂不算什么问题,问题是在严格的平衡条件下,插入和删除效率比较低。为了保证严格平衡,增减节点时,旋转次数比较多,影响性能。

红黑树不追求完全平衡,但是旋转次数大大较少。在保证查询性能没有降低多少的情况下,大大提高了增删节点的性能。

红黑树在哪些地方得到了使用

  • java中的TreeMap、TreeSet底层使用的红黑树
  • java8中的HashMap和ConcurrentHashMap在处理Hash冲突时,使用的红黑树(java8之前使用的是链表)

One More Thing

红黑树也有缺点。

缺点就是实现起来非常复杂,有诸多特殊条件需要考虑。即使是高级程序员,也不能保证实现出一个完美的红黑树。

像redis的作者就嫌红黑树实现太过复杂,就使用跳表(Skip List)来代替红黑树。

那么跳表又是什么高级东西?他为什么可以代替大名鼎鼎的红黑树?请参考数据结构 - 跳表

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