No Java, o TreeMap é implementado com base numa árvore vermelho-preto, que é uma árvore binária de pesquisa balanceada. Para determinar a posição de um elemento (por exemplo, ao inserir ou procurar), é utilizada uma busca binária pelas chaves, comparando as chaves com os nós atuais da árvore.

A complexidade temporal das operações de busca, inserção e remoção no TreeMap é de O(log n), onde n é o número de elementos no mapa. Isto é conseguido através do balanceamento da árvore, que garante que a altura da árvore seja proporcional ao logaritmo do número de elementos.

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