Java 流處理之收集器詳解

2022-09-14 22:06:06

Java 流（Stream）處理操作完成之後，我們可以收集這個流中的元素，使之匯聚成一個最終結果。這個結果可以是一個物件，也可以是一個集合，甚至可以是一個基本型別資料。

以記錄 Record 為例：

@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public static class Record {
    private String col1;
    private String col2;
    private int col3;
}

記錄 Record 包含三個屬性：列1（col1）、列2（col2）和列3（col3）。

建立四個記錄範例：

Record r1 = new Record("a", "1", 1);
Record r2 = new Record("a", "2", 2);
Record r3 = new Record("b", "3", 3);
Record r4 = new Record("c", "4", 4);

新增到列表：

List<Record> records = new ArrayList<>();
records.add(r1);
records.add(r2);
records.add(r3);
records.add(r4);

收集所有記錄的列1 值，以列表形式儲存結果

List<String> col1List = records.stream()
        .map(Record::getCol1)
        .collect(Collectors.toList());
log.info("col1List: {}", Json.toJson(col1List));

輸出結果：

col1List: ["a","a","b","c"]

收集所有記錄的列1 值，且去重，以集合形式儲存

Set<String> col1Set = records.stream()
        .map(Record::getCol1)
        .collect(Collectors.toSet());
log.info("col1Set: {}", Json.toJson(col1Set));

輸出結果：

col1Set: ["a","b","c"]

收集記錄的列2 值和列3 值的對應關係，以字典形式儲存

Map<String, Integer> col2Map = records.stream()
        .collect(Collectors.toMap(Record::getCol2, Record::getCol3));
log.info("col2Map: {}", Json.toJson(col2Map));

輸出結果：

col2Map: {"1":1,"2":2,"3":3,"4":4}

記錄的列2 不能有重複值，否則會丟擲 Duplicate key 異常。

收集所有記錄中列3 值最大的記錄

Record max = records.stream()
        .collect(Collectors.maxBy(Comparator.comparing(Record::getCol3)))
        .orElse(null);
log.info("max: {}", Json.toJson(max));

輸出結果：

max: {"col1":"c","col2":"4","col3":4}

收集所有記錄中列3 值的總和

int sum = records.stream()
        .collect(Collectors.summingInt(Record::getCol3));
log.info("sum: {}", sum);

輸出結果：

sum: 10

流的收集需要通過 Stream.collect() 方法完成，方法的引數是一個 Collector（收集器） ；收集結果時，需要根據收集結果的目標型別，傳遞特定的收集器範例，如上：

Collectors.toList()
Collectors.toSet()
Collectors.toMap()
Collectors.maxBy()
Collectors.summingInt()

Collectors（java.util.stream.Collectors）是一個工具類，內建若干收集器，我們可以通過呼叫不同的方法快速獲取相應的收集器範例。

收集器（java.util.stream.Collector）本質是一個介面，包含以下五個方法：

Supplier supplier()
BiConsumer<A, T> accumulator()
BinaryOperator combiner()
Function<A, R> finisher()
Set characteristics()

以 Collectors.toList() 為例演示收集器的工作過程。

建立一箇中間結果容器

supplier() 方法會返回一個 Supplier 範例，呼叫該範例的 get() 方法，會建立一箇中間結果容器。

@Override
public Supplier<List<String>> supplier() {
    return new Supplier<List<String>>() {
        @Override
        public List<String> get() {
            List<String> container = new ArrayList<>();

            return container;
        }
    };
}

考慮到收集的元素型別 String，這裡的中間結果容器型別為 ArrayList 。

根據收集過程的需要，中間結果容器可以是任意的資料結構。

逐一遍歷流中的每個元素，處理完成之後，新增到中間結果

accumulator() 方法會返回一個 BiConsumer 範例，它有一個 accept() 方法，

引數1：中間結果引數2：流中遍歷到的某個元素

遍歷過程是 Java 自動完成的，每遍歷一個元素，會自動呼叫 BiConsumer.accept 方法。我們只需要在方法中實現元素的處理過程，然後把元素的處理結果新增到中間結果中就可以了。

@Override
public BiConsumer<List<String>, String> accumulator() {
    return new BiConsumer<List<String>, String>() {
        @Override
        public void accept(List<String> container, String col) {
            container.add(col);
        }
    };
}

這個範例中，流中的元素不需要任何處理，直接新增至中間結果即可。

中間結果轉換成最終結果

finisher() 方法會返回一個 Fuction 範例，它有一個 apply() 方法，

引數：中間結果返回：最終結果

遍歷過程結束之後，Java 會自動呼叫 Function.apply() 方法，將中間結果轉換成最終結果。

@Override
public Function<List<String>, List<String>> finisher() {
    return new Function<List<String>, List<String>>() {
        @Override
        public List<String> apply(List<String> container) {
            return container;
        }
    };
}

這個範例中，中間結果就是最終結果，不需要任何處理，直接返回中間結果即可。

combiner()是做什麼的？

流中的元素可以被並行處理，這樣的流稱為並行流。並行流相當於把一個大流切分成多個小流，內部使用多執行緒，並行處理這些小流。每一個小流遍歷完成之後，都會產生一個小的中間結果，需要將這些小的中間結果合併成一個大的中間結果。

假設有兩個小流，收集開始時，會建立兩個中間結果：

中間結果也是通過 Supplier.get() 方法建立的。

並行遍歷兩個小流，將各自流的處理結果新增到各自的中間結果中：

combiner() 方法會返回一個 BinaryOperator 範例，它有一個 apply() 方法：

引數1：中間結果1 引數2：中間結果2 返回：中間結果

Java 會在合適的時機自動呼叫 BinaryOperator.apply() 方法，將小的中間結果合併成大的中間結果。

@Override
public BinaryOperator<List<String>> combiner() {
    return new BinaryOperator<List<String>>() {
        @Override
        public List<String> apply(List<String> container1, List<String> container2) {
            container1.addAll(container2);
            return container1;
        }
    };
}

characteristics()是什麼的？

characteristics() 會返回一個 Characteristics（列舉）集合範例，用於設定收集器的特性，支援以下三個值：

CONCURRENT

收集器支援並行使用
UNORDERED

收集器不保證元素順序
IDENTITY_FINISH

收集器中間結果可直接轉換成最終結果

Java 可以根據這些特性值，保證收集器正確地、有效率地執行。

完整程式碼

Collector<String, List<String>, List<String>> collector = new Collector<String, List<String>, List<String>>() {
    @Override
    public Supplier<List<String>> supplier() {
        return new Supplier<List<String>>() {
            @Override
            public List<String> get() {
                List<String> container = new ArrayList<>();

                return container;
            }
        };
    }

    @Override
    public BiConsumer<List<String>, String> accumulator() {
        return new BiConsumer<List<String>, String>() {
            @Override
            public void accept(List<String> container, String col) {
                container.add(col);
            }
        };
    }

    @Override
    public BinaryOperator<List<String>> combiner() {
        return new BinaryOperator<List<String>>() {
            @Override
            public List<String> apply(List<String> container1, List<String> container2) {
                container1.addAll(container2);
                return container1;
            }
        };
    }

    @Override
    public Function<List<String>, List<String>> finisher() {
        return new Function<List<String>, List<String>>() {
            @Override
            public List<String> apply(List<String> container) {
                return container;
            }
        };
    }

    @Override
    public Set<Characteristics> characteristics() {
        return new HashSet<>();
    }
};

col1List = records.stream()
        .map(Record::getCol1)
        .collect(collector);
log.info("col1List: {}", Json.toJson(col1List));

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