Stream对List进行排序

unravel space2024-06-10 21:14

在系统开发过程中，对数据排序是很常见的场景。一般来说，可以采用两种方式：

  1. 借助存储系统（SQL、NoSQL、NewSQL 都支持）的排序功能，查询的结果即是排好序的结果
  2. 查询结果为无序数据，在内存中排序。

今天要说的是第二种排序方式，在内存中实现数据排序。

首先定义一个基础类，后面将根据这个基础类演示如何在内存中排序。

java 复制代码 
@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class Student {
    private String name;
    private int age;

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) {
            return true;
        }
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) {
            return false;
        }
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age && Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
}

基于Comparator排序

在 Java8 之前，都是通过实现Comparator接口完成排序，比如：

java 复制代码 
new Comparator<Student>() {
    @Override
    public int compare(Student h1, Student h2) {
        return h1.getName().compareTo(h2.getName());
    }
};

这里展示的是匿名内部类的定义，如果是通用的对比逻辑，可以直接定义一个实现类。使用起来也比较简单，如下就是应用：

java 复制代码 
@Test
void baseSortedOrigin() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student("Tom", 10),
            new Student("Jerry", 12)
    );
    Collections.sort(students, new Comparator<Student>() {
        @Override
        public int compare(Student h1, Student h2) {
            return h1.getName().compareTo(h2.getName());
        }
    });
    Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));
}

这里使用了 Junit5 实现单元测试，用来验证逻辑非常适合。

因为定义的Comparator是使用name字段排序，在 Java 中，String类型的排序是通过单字符的 ASCII 码顺序判断的，J排在T的前面，所以Jerry排在第一个。

使用 Lambda 表达式替换Comparator匿名内部类

使用过 Java8 的 Lamdba 的应该知道，匿名内部类可以简化为 Lambda 表达式为：

java 复制代码 
Collections.sort(students, (Student h1, Student h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName()));

在 Java8 中，List类中增加了sort方法，所以Collections.sort可以直接替换为：

java 复制代码 
students.sort((Student h1, Student h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName()));

根据 Java8 中 Lambda 的类型推断，可以将指定的Student类型简写：

java 复制代码 
students.sort((h1, h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName()));

至此，整段排序逻辑可以简化为：

java 复制代码 
@Test
void baseSortedLambdaWithInferring() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student("Tom", 10),
            new Student("Jerry", 12)
    );
    students.sort((h1, h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName()));
    Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));
}

通过静态方法抽取公共的 Lambda 表达式

可以在Student中定义一个静态方法：

java 复制代码 
public static int compareByNameThenAge(Student s1, Student s2) {
    if (s1.name.equals(s2.name)) {
        return Integer.compare(s1.age, s2.age);
    } else {
        return s1.name.compareTo(s2.name);
    }
}

这个方法需要返回一个int类型参数，在 Java8 中，可以在 Lambda 中使用该方法：

java 复制代码 
@Test
void sortedUsingStaticMethod() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student("Tom", 10),
            new Student("Jerry", 12)
    );
    students.sort(Student::compareByNameThenAge);
    Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));
}

借助Comparator的comparing方法

在 Java8 中，Comparator类新增了comparing方法，可以将传递的Function参数作为比较元素，比如：

java 复制代码 
@Test
void sortedUsingComparator() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student("Tom", 10),
            new Student("Jerry", 12)
    );
    students.sort(Comparator.comparing(Student::getName));
    Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));
}

多条件排序

在静态方法一节中展示了多条件排序，还可以在Comparator匿名内部类中实现多条件逻辑：

java 复制代码 
@Test
void sortedMultiCondition() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student("Tom", 10),
            new Student("Jerry", 12),
            new Student("Jerry", 13)
    );
    students.sort((s1, s2) -> {
        if (s1.getName().equals(s2.getName())) {
            return Integer.compare(s1.getAge(), s2.getAge());
        } else {
            return s1.getName().compareTo(s2.getName());
        }
    });
    Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));
}

从逻辑来看，多条件排序就是先判断第一级条件，如果相等，再判断第二级条件，依次类推。在 Java8 中可以使用comparing和一系列thenComparing表示多级条件判断，上面的逻辑可以简化为：

java 复制代码 
@Test
void sortedMultiConditionUsingComparator() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student("Tom", 10),
            new Student("Jerry", 12),
            new Student("Jerry", 13)
    );
    students.sort(Comparator.comparing(Student::getName).thenComparing(Student::getAge));
    Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));
}

这里的thenComparing方法是可以有多个的，用于表示多级条件判断，这也是函数式编程的方便之处。

在Stream中进行排序

Java8 中，不但引入了 Lambda 表达式，还引入了一个全新的流式 API：Stream API，其中也有sorted方法用于流式计算时排序元素，可以传入Comparator实现排序逻辑：

java 复制代码 
@Test
void streamSorted() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student("Tom", 10),
            new Student("Jerry", 12)
    );
    final Comparator<Student> comparator = (h1, h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName());
    final List<Student> sortedStudents = students.stream()
            .sorted(comparator)
            .collect(Collectors.toList());
    Assertions.assertEquals(sortedStudents.get(0), new Student("Jerry", 12));
}

同样的，可以通过 Lambda 简化书写：

java 复制代码 
@Test
void streamSortedUsingComparator() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student("Tom", 10),
            new Student("Jerry", 12)
    );
    final Comparator<Student> comparator = Comparator.comparing(Student::getName);
    final List<Student> sortedStudents = students.stream()
            .sorted(comparator)
            .collect(Collectors.toList());
    Assertions.assertEquals(sortedStudents.get(0), new Student("Jerry", 12));
}

倒序排列

调转排序判断

排序就是根据compareTo方法返回的值判断顺序，如果想要倒序排列，只要将返回值取返即可：

java 复制代码 
@Test
void sortedReverseUsingComparator2() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student("Tom", 10),
            new Student("Jerry", 12)
    );
    final Comparator<Student> comparator = (h1, h2) -> h2.getName().compareTo(h1.getName());
    students.sort(comparator);
    Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Tom", 10));
}

可以看到，正序排列的时候，是h1.getName().compareTo(h2.getName())，这里直接倒转过来，使用的是h2.getName().compareTo(h1.getName())，也就达到了取反的效果。在 Java 的Collections中定义了一个java.util.Collections.ReverseComparator内部私有类，就是通过这种方式实现元素反转。

借助 **Comparator**的 **reversed**方法倒序

在 Java8 中新增了reversed方法实现倒序排列，用起来也是很简单：

java 复制代码 
@Test
void sortedReverseUsingComparator() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student("Tom", 10),
            new Student("Jerry", 12)
    );
    final Comparator<Student> comparator = (h1, h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName());
    students.sort(comparator.reversed());
    Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Tom", 10));
}

在Comparator.comparing中定义排序反转

comparing方法还有一个重载方法，java.util.Comparator#comparing(java.util.function.Function<? super T,? extends U>, java.util.Comparator<? super U>)，第二个参数就可以传入Comparator.reverseOrder()，可以实现倒序：

java 复制代码 
@Test
void sortedUsingComparatorReverse() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student("Tom", 10),
            new Student("Jerry", 12)
    );
    students.sort(Comparator.comparing(Student::getName, Comparator.reverseOrder()));
    Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));
}

在Stream中定义排序反转

在Stream中的操作与直接列表排序类似，可以反转Comparator定义，也可以使用Comparator.reverseOrder()反转。实现如下：

java 复制代码 
@Test
void streamReverseSorted() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student("Tom", 10),
            new Student("Jerry", 12)
    );
    final Comparator<Student> comparator = (h1, h2) -> h2.getName().compareTo(h1.getName());
    final List<Student> sortedStudents = students.stream()
            .sorted(comparator)
            .collect(Collectors.toList());
    Assertions.assertEquals(sortedStudents.get(0), new Student("Tom", 10));
}

@Test
void streamReverseSortedUsingComparator() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student("Tom", 10),
            new Student("Jerry", 12)
    );
    final List<Student> sortedStudents = students.stream()
            .sorted(Comparator.comparing(Student::getName, Comparator.reverseOrder()))
            .collect(Collectors.toList());
    Assertions.assertEquals(sortedStudents.get(0), new Student("Tom", 10));
}

null 值的判断

前面的例子中都是有值元素排序，能够覆盖大部分场景，但有时候还是会碰到元素中存在null的情况：

  1. 列表中的元素是 null
  2. 列表中的元素参与排序条件的字段是 null

如果还是使用前面的那些实现会碰到NullPointException异常，即 NPE，简单演示一下：

java 复制代码 
@Test
void sortedNullGotNPE() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            null,
            new Student("Snoopy", 12),
            null
    );
    Assertions.assertThrows(NullPointerException.class,
            () -> students.sort(Comparator.comparing(Student::getName)));
}

所以，需要考虑这些场景。

元素是 null 的笨拙实现

最先想到的就是判空：

java 复制代码 
@Test
void sortedNullNoNPE() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            null,
            new Student("Snoopy", 12),
            null
    );
    students.sort((s1, s2) -> {
        if (s1 == null) {
            return s2 == null ? 0 : 1;
        } else if (s2 == null) {
            return -1;
        }
        return s1.getName().compareTo(s2.getName());
    });

    Assertions.assertNotNull(students.get(0));
    Assertions.assertNull(students.get(1));
    Assertions.assertNull(students.get(2));
}

可以将判空的逻辑抽取出一个Comparator，通过组合方式实现：

java 复制代码 
class NullComparator<T> implements Comparator<T> {
    private final Comparator<T> real;

    NullComparator(Comparator<? super T> real) {
        this.real = (Comparator<T>) real;
    }

    @Override
    public int compare(T a, T b) {
        if (a == null) {
            return (b == null) ? 0 : 1;
        } else if (b == null) {
            return -1;
        } else {
            return (real == null) ? 0 : real.compare(a, b);
        }
    }
}

在 Java8 中已经准备了这个实现。

使用Comparator.nullsLast和Comparator.nullsFirst

使用Comparator.nullsLast实现null在结尾：

java 复制代码 
@Test
void sortedNullLast() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            null,
            new Student("Snoopy", 12),
            null
    );
    students.sort(Comparator.nullsLast(Comparator.comparing(Student::getName)));
    Assertions.assertNotNull(students.get(0));
    Assertions.assertNull(students.get(1));
    Assertions.assertNull(students.get(2));
}

使用Comparator.nullsFirst实现null在开头：

java 复制代码 
@Test
void sortedNullFirst() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            null,
            new Student("Snoopy", 12),
            null
    );
    students.sort(Comparator.nullsFirst(Comparator.comparing(Student::getName)));
    Assertions.assertNull(students.get(0));
    Assertions.assertNull(students.get(1));
    Assertions.assertNotNull(students.get(2));
}

是不是很简单，接下来看下如何实现排序条件的字段是 null 的逻辑。

排序条件的字段是 null

这个就是借助Comparator的组合了，就像是套娃实现了，需要使用两次Comparator.nullsLast，这里列出实现：

java 复制代码 
@Test
void sortedNullFieldLast() {
    final List<Student> students = Lists.newArrayList(
            new Student(null, 10),
            new Student("Snoopy", 12),
            null
    );
    final Comparator<Student> nullsLast = Comparator.nullsLast(
            Comparator.nullsLast( // 1
                    Comparator.comparing(
                            Student::getName,
                            Comparator.nullsLast( // 2
                                    Comparator.naturalOrder() // 3
                            )
                    )
            )
    );
    students.sort(nullsLast);
    Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Snoopy", 12));
    Assertions.assertEquals(students.get(1), new Student(null, 10));
    Assertions.assertNull(students.get(2));
}

代码逻辑如下：

  1. 代码 1 是第一层 null-safe 逻辑，用于判断元素是否为 null；
  2. 代码 2 是第二层 null-safe 逻辑，用于判断元素的条件字段是否为 null；
  3. 代码 3 是条件Comparator，这里使用了Comparator.naturalOrder()，是因为使用了String排序，也可以写为String::compareTo。如果是复杂判断，可以定义一个更加复杂的Comparator，组合模式就是这么好用，一层不够再套一层。
相关推荐
装不满的克莱因瓶25 分钟前
【Redis经典面试题六】Redis的持久化机制是怎样的？
java·数据库·redis·持久化·aof·rdb
n北斗33 分钟前
常用类晨考day15
java
骇客野人36 分钟前
【JAVA】JAVA接口公共返回体ResponseData封装
java·开发语言
yuanbenshidiaos2 小时前
c++---------数据类型
java·jvm·c++
向宇it2 小时前
【从零开始入门unity游戏开发之——C#篇25】C#面向对象动态多态——virtual、override 和 base 关键字、抽象类和抽象方法
java·开发语言·unity·c#·游戏引擎
Lojarro2 小时前
【Spring】Spring框架之-AOP
java·mysql·spring
莫名其妙小饼干2 小时前
网上球鞋竞拍系统｜Java｜SSM｜VUE｜ 前后端分离
java·开发语言·maven·mssql
isolusion2 小时前
Springboot的创建方式
java·spring boot·后端
zjw_rp3 小时前
Spring-AOP
java·后端·spring·spring-aop
Oneforlove_twoforjob3 小时前
【Java基础面试题033】Java泛型的作用是什么？
java·开发语言
热门推荐
01〔AI 绘画〕Stable Diffusion 之 解决绘制多人或面部很小的人物时面部崩坏问题 篇02YOLOv8训练好模型后，追加轮数继续训练、或者提前终止训练，缩减训练轮数03玄机平台应急响应—webshell查杀04机器人编程怎么入门？05HCIA-datacom数通题库和录播视频资料06Docker 夺命连环 15 问07SQL 主从数据库实时备份08校验 GPT-4 真实性的三个经典问题：快速区分 GPT-3.5 与 GPT-4，并提供免费测试网站09(欧拉)openEuler系统添加网卡文件配置流程、(欧拉)openEuler系统手动配置ipv6地址流程、(欧拉)openEuler系统网络管理说明10VSCode插件 —— Cody AI （免费AI助手！）