深入解析 Java Stream API：從 List 到 Map 的優雅轉換！！！

🚀 深入解析 Java Stream API：從 List 到 Map 的優雅轉換 🔧

大家好！👋 今天我們來聊聊 Java 8 中一個非常常見的操作：使用 Stream API 將 List 轉換為 Map。🎉 具體來說，我們將深入分析以下代碼片段：

Map<Integer, InviteCode> inviteCodeMap = inviteCodes.stream().collect(Collectors.toMap(InviteCode::getId, ic -> ic));

這段代碼看似簡單，但背后涉及了 Stream API、方法引用、Lambda 表達式以及 Collectors.toMap 的強大功能。💡 我們將從代碼的背景開始，逐步拆解它的實現原理，探討使用場景、優勢和優化方法，最后通過一個實際案例展示它的應用。為了更直觀地理解整個過程，我們還會插入一個 Mermaid 流程圖！📊

準備好了嗎？讓我們開始吧！🚀

📖 背景：為什么需要將 List 轉換為 Map？

在 Java 開發中，我們經常需要處理集合數據。例如，在一個邀請碼系統中，我們有一個 List<InviteCode>，其中 InviteCode 是一個實體類，包含 id、inviteCode、inviteLevel 和 createdBy 等字段：

public class InviteCode {private Integer id;private String inviteCode;private Integer inviteLevel;private Integer createdBy;// Getters and Setterspublic Integer getId() {return id;}public String getInviteCode() {return inviteCode;}public Integer getInviteLevel() {return inviteLevel;}public Integer getCreatedBy() {return createdBy;}
}

假設我們有一個 List<InviteCode>，包含 adminId = 7 的所有邀請碼記錄：

idadmin_idcreated_byinvite_codeinvite_level
207NULL******0
217202631131
227207043581
237209828681
247NULL******0
25724******1
26725******2
277269914763

我們的目標是構建一個以 adminId 為根的邀請碼層級樹。為了高效地查找某個 id 對應的 InviteCode 對象，我們需要將 List<InviteCode> 轉換為 Map<Integer, InviteCode>，其中：

  • 鍵（Key）：InviteCode 的 id（Integer 類型）。
  • 值（Value）：InviteCode 對象本身。

這就是以下代碼的作用：

Map<Integer, InviteCode> inviteCodeMap = inviteCodes.stream().collect(Collectors.toMap(InviteCode::getId, ic -> ic));

🌟 代碼拆解：一步步理解

讓我們逐步拆解這段代碼，弄清楚它是如何工作的！

1. inviteCodes.stream()

  • inviteCodes：是一個 List<InviteCode>，包含 adminId = 7 的 8 條記錄（id = 20, 21, ..., 27）。
  • stream()：將 List<InviteCode> 轉換為一個 Stream<InviteCode>。
    • Stream 是 Java 8 引入的流式 API，允許你以聲明式的方式處理集合數據（例如映射、過濾、歸約等）。

結果：inviteCodes.stream() 生成了一個 Stream<InviteCode>，包含 8 個 InviteCode 對象。

2. .collect(Collectors.toMap(...))

  • collect：是 Stream 的終止操作，用于將流中的元素收集到一個結果容器中（例如 List、Set 或 Map）。
  • Collectors.toMap：是一個收集器（Collector），專門用于將流中的元素收集到一個 Map 中。
Collectors.toMap 的方法簽名
public static <T, K, U> Collector<T, ?, Map<K,U>> toMap(Function<? super T, ? extends K> keyMapper,Function<? super T, ? extends U> valueMapper
)
  • 參數：
    • keyMapper：一個函數，用于從流中的每個元素提取 Map 的鍵（Key）。
    • valueMapper：一個函數，用于從流中的每個元素提取 Map 的值（Value）。
  • 返回值：一個 Map<K, U>。

在我們的代碼中：

  • T 是 InviteCode（流中的元素類型）。
  • K 是 Integer（鍵的類型）。
  • U 是 InviteCode（值的類型）。

3. InviteCode::getId

  • InviteCode::getId：這是一個方法引用（Method Reference），等價于 Lambda 表達式 ic -> ic.getId()。
  • 作用：從 InviteCode 對象中提取 id 字段，作為 Map 的鍵。
  • 類型：Function<InviteCode, Integer>，將 InviteCode 映射為 Integer。

示例：

  • 如果 InviteCode 對象的 id 是 20，InviteCode::getId 會返回 20。

4. ic -> ic

  • ic -> ic：這是一個 Lambda 表達式，表示一個簡單的映射函數。
  • 作用：將 InviteCode 對象本身作為 Map 的值。
  • 類型：Function<InviteCode, InviteCode>，將 InviteCode 映射為它自己。

示例：

  • 如果 InviteCode 對象是 ic（id = 20），ic -> ic 直接返回這個 ic 對象。

5. 整體效果

  • Collectors.toMap(InviteCode::getId, ic -> ic)：
    • 對 Stream<InviteCode> 中的每個 InviteCode 對象：
      • 使用 InviteCode::getId 提取 id 作為鍵。
      • 使用 ic -> ic 提取整個 InviteCode 對象作為值。
    • 將所有鍵值對收集到一個 Map<Integer, InviteCode> 中。

結果：

  • inviteCodeMap 是一個 Map<Integer, InviteCode>，其中：
    • inviteCodeMap.get(20)：InviteCode(id=20, inviteCode="******", ...)。
    • inviteCodeMap.get(21)：InviteCode(id=21, inviteCode="263113", ...)。
    • …
    • inviteCodeMap.get(27)：InviteCode(id=27, inviteCode="991476", ...)。

📊 Mermaid 流程圖：可視化轉換過程

為了更直觀地理解 List<InviteCode> 到 Map<Integer, InviteCode> 的轉換過程，我們使用 Mermaid 流程圖來展示：
Start: List<InviteCode>
inviteCodes
Stream<InviteCode>
inviteCodes.stream()
For each InviteCode in Stream
Extract Key:
InviteCode::getId
(e.g., id = 20)
Extract Value:
ic -> ic
(e.g., InviteCode object)
Key-Value Pair:
(20, InviteCode(id=20, ...))
Collect to Map<Integer, InviteCode>
Collectors.toMap()
End: Map<Integer, InviteCode>
inviteCodeMap
  • 流程說明：
    1. 從 List<InviteCode> 開始，轉換為 Stream<InviteCode>。
    2. 對流中的每個 InviteCode 對象：
      • 使用 InviteCode::getId 提取鍵（id）。
      • 使用 ic -> ic 提取值（InviteCode 對象）。
    3. 將所有鍵值對收集到 Map<Integer, InviteCode> 中。

🌟 為什么需要 inviteCodeMap？

在邀請碼系統中，我們的目標是構建一個以 adminId 為根的層級樹。為了高效地查找某個 id 對應的 InviteCode 對象，我們需要將 List<InviteCode> 轉換為 Map<Integer, InviteCode>。

1. 后續代碼

// 找到所有根節點（createdBy = NULL）
List<InviteCode> roots = inviteCodes.stream().filter(ic -> ic.getCreatedBy() == null).collect(Collectors.toList());// 為每個根節點構建樹形結構
List<InviteCodeTreeDTO> trees = new ArrayList<>();
for (InviteCode root : roots) {InviteCodeTreeDTO tree = buildTree(root, inviteCodeMap, new HashSet<>());trees.add(tree);
}

在 buildTree 方法中，需要根據 createdBy 查找子節點：

private InviteCodeTreeDTO buildTree(InviteCode root, Map<Integer, InviteCode> inviteCodeMap, Set<Integer> visited) {if (!visited.add(root.getId())) {throw new IllegalStateException("Detected a cycle in invite code hierarchy at ID: " + root.getId());}InviteCodeTreeDTO node = new InviteCodeTreeDTO();node.setId(root.getId());node.setInviteCode(root.getInviteCode());node.setInviteLevel(root.getInviteLevel());node.setChildren(new ArrayList<>());// 查找所有子節點（createdBy = root.id）List<InviteCode> children = inviteCodeMap.values().stream().filter(ic -> Objects.equals(ic.getCreatedBy(), root.getId())).collect(Collectors.toList());for (InviteCode child : children) {InviteCodeTreeDTO childNode = buildTree(child, inviteCodeMap, new HashSet<>(visited));node.getChildren().add(childNode);}return node;
}
  • 為什么用 Map？
    • 如果直接遍歷 inviteCodes 查找子節點（createdBy = root.id），時間復雜度是 O(n)。
    • 使用 inviteCodeMap，可以通過 id 直接查找 InviteCode 對象，時間復雜度是 O(1)（盡管當前 children 查找仍需優化）。

🚀 優勢：為什么使用 Stream API？

1. 代碼簡潔

  • Stream API 提供了聲明式的寫法，比傳統的 for 循環更簡潔。
  • 傳統寫法可能需要手動遍歷和填充 Map：
    Map<Integer, InviteCode> inviteCodeMap = new HashMap<>();
for (InviteCode ic : inviteCodes) {inviteCodeMap.put(ic.getId(), ic);
}
  • 使用 Stream API，代碼更簡潔優雅。

2. 功能強大

  • Stream API 支持鏈式操作，可以輕松添加過濾、映射等操作。
  • 例如，如果只想收集 inviteLevel > 0 的 InviteCode：
    Map<Integer, InviteCode> inviteCodeMap = inviteCodes.stream().filter(ic -> ic.getInviteLevel() > 0).collect(Collectors.toMap(InviteCode::getId, ic -> ic));

3. 并行處理

  • Stream API 支持并行處理（parallelStream()），在大規模數據下可以提高性能：
    Map<Integer, InviteCode> inviteCodeMap = inviteCodes.parallelStream().collect(Collectors.toMap(InviteCode::getId, ic -> ic));

🛠? 優化建議

1. 更高效的子節點查找

當前 buildTree 方法中，查找子節點的方式可以通過 inviteCodeMap 進一步優化：

// 預先構建 createdBy 到子節點的映射
Map<Integer, List<InviteCode>> childrenMap = inviteCodes.stream().filter(ic -> ic.getCreatedBy() != null).collect(Collectors.groupingBy(InviteCode::getCreatedBy));// 修改 buildTree 方法
private InviteCodeTreeDTO buildTree(InviteCode root, Map<Integer, InviteCode> inviteCodeMap, Map<Integer, List<InviteCode>> childrenMap, Set<Integer> visited) {if (!visited.add(root.getId())) {throw new IllegalStateException("Detected a cycle in invite code hierarchy at ID: " + root.getId());}InviteCodeTreeDTO node = new InviteCodeTreeDTO();node.setId(root.getId());node.setInviteCode(root.getInviteCode());node.setInviteLevel(root.getInviteLevel());node.setChildren(new ArrayList<>());// 查找所有子節點（createdBy = root.id）List<InviteCode> children = childrenMap.getOrDefault(root.getId(), Collections.emptyList());for (InviteCode child : children) {InviteCodeTreeDTO childNode = buildTree(child, inviteCodeMap, childrenMap, new HashSet<>(visited));node.getChildren().add(childNode);}return node;
}
  • 效果：通過 childrenMap，可以以 O(1) 的時間復雜度找到某個 id 的所有子節點。

2. 處理鍵沖突

Collectors.toMap 默認情況下，如果有重復的鍵（id），會拋出 IllegalStateException: Duplicate key。在我們的場景中，id 是主鍵，應該不會有重復，但為了安全起見，可以指定合并策略：

Map<Integer, InviteCode> inviteCodeMap = inviteCodes.stream().collect(Collectors.toMap(InviteCode::getId,ic -> ic,(existing, replacement) -> existing // 如果有重復的 id，保留第一個));
  • 效果：如果 id 重復，保留第一個 InviteCode 對象。

📝 完整代碼：實際應用

以下是完整的 InviteCodeService 實現，展示了如何使用 inviteCodeMap 構建層級樹：

public class InviteCodeService {private final InviteCodeRepository inviteCodeRepository;public InviteCodeService(InviteCodeRepository inviteCodeRepository) {this.inviteCodeRepository = inviteCodeRepository;}public AdminInviteCodeTreeDTO getAdminInviteCodeTree(Integer adminId) {List<InviteCode> inviteCodes = inviteCodeRepository.findByAdminId(adminId);if (inviteCodes.isEmpty()) {AdminInviteCodeTreeDTO result = new AdminInviteCodeTreeDTO();result.setAdminId(adminId);result.setChildren(Collections.emptyList());return result;}// 將 List<InviteCode> 轉換為 Map<Integer, InviteCode>Map<Integer, InviteCode> inviteCodeMap = inviteCodes.stream().collect(Collectors.toMap(InviteCode::getId, ic -> ic));// 預構建 createdBy 到子節點的映射Map<Integer, List<InviteCode>> childrenMap = inviteCodes.stream().filter(ic -> ic.getCreatedBy() != null).collect(Collectors.groupingBy(InviteCode::getCreatedBy));// 找到所有根節點（createdBy = NULL）List<InviteCode> roots = inviteCodes.stream().filter(ic -> ic.getCreatedBy() == null).collect(Collectors.toList());// 為每個根節點構建樹形結構List<InviteCodeTreeDTO> trees = new ArrayList<>();for (InviteCode root : roots) {InviteCodeTreeDTO tree = buildTree(root, inviteCodeMap, childrenMap, new HashSet<>());trees.add(tree);}AdminInviteCodeTreeDTO result = new AdminInviteCodeTreeDTO();result.setAdminId(adminId);result.setChildren(trees);return result;}private InviteCodeTreeDTO buildTree(InviteCode root, Map<Integer, InviteCode> inviteCodeMap, Map<Integer, List<InviteCode>> childrenMap, Set<Integer> visited) {if (!visited.add(root.getId())) {throw new IllegalStateException("Detected a cycle in invite code hierarchy at ID: " + root.getId());}InviteCodeTreeDTO node = new InviteCodeTreeDTO();node.setId(root.getId());node.setInviteCode(root.getInviteCode());node.setInviteLevel(root.getInviteLevel());node.setChildren(new ArrayList<>());List<InviteCode> children = childrenMap.getOrDefault(root.getId(), Collections.emptyList());for (InviteCode child : children) {InviteCodeTreeDTO childNode = buildTree(child, inviteCodeMap, childrenMap, new HashSet<>(visited));node.getChildren().add(childNode);}return node;}
}

🎉 總結

通過 Stream API 和 Collectors.toMap，我們可以輕松地將 List<InviteCode> 轉換為 Map<Integer, InviteCode>，為后續的層級樹構建提供了高效的數據結構。💻

  • 核心代碼：inviteCodes.stream().collect(Collectors.toMap(InviteCode::getId, ic -> ic)) 將列表轉換為映射。
  • 優勢：代碼簡潔、功能強大、支持并行處理。
  • 優化：通過 childrenMap 提高子節點查找效率，處理鍵沖突。

希望這篇博客對你理解 Stream API 和 Collectors.toMap 有所幫助！💬 如果你有其他問題，歡迎留言討論！🚀

📚 參考：Java 官方文檔、Collectors 源碼。點贊和分享哦！😊

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