Java Stream：高效排序 Map Entry 并提取键的实践指南

1. 理解问题：按值排序 Map 并提取键

在java开发中，我们经常需要处理map类型的数据，例如，一个存储城市名称及其人口数量的map。常见的需求是根据map的值（例如人口数量）对数据进行排序，然后提取对应的键（城市名称）。初学者在使用stream api时，常会遇到一个误区：在排序前过早地将map条目映射为其值，导致无法保留键的信息。

考虑以下示例Map，其中包含城市及其人口数据：

Map cities = new HashMap<>();
cities.put("Minsk", 1999234);
cities.put("Mogilev", 1599234);
cities.put("Vitebsk", 3999231);
cities.put("Brest", 4999234);

我们期望的输出是根据人口数量降序排列的城市名称列表，即："Brest", "Vitebsk", "Minsk", "Mogilev"。

一个常见的错误尝试如下：

List collect = cities.entrySet().stream()
    .map(o -> o.getValue()) // 错误：这里只保留了值，丢失了键的关联
    .sorted(Comparator.reverseOrder())
    .collect(Collectors.toList());
// 此时，collect 列表只包含排序后的人口数值，无法再获取对应的城市名称。

上述代码的问题在于，在map操作中，我们已经将Map.Entry对象转换成了其值（人口数量）。一旦原始的Map.Entry对象被丢弃，我们就无法再通过排序后的值来反向查找对应的键（城市名称）。要正确实现需求，我们需要在排序时保留键和值的关联。

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2. 解决方案一：直接排序 Map.Entry

解决此问题的关键在于，我们应该对Map.Entry流进行排序，而不是仅仅对值流进行排序。Map.Entry接口提供了一个静态方法comparingByValue()，它返回一个Comparator，可以用于根据Map条目的值进行比较。结合Comparator.reverseOrder()，我们可以轻松实现按值降序排序。

以下是使用Map.Entry.comparingByValue()实现按人口降序排列并提取城市名称的代码：

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import java.util.Comparator;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Collectors;

public class CityPopulationSorter {
    public static void main(String[] args) {
        Map cities = new HashMap<>();
        cities.put("Minsk", 1999234);
        cities.put("Mogilev", 1599234);
        cities.put("Vitebsk", 3999231);
        cities.put("Brest", 4999234);

        // 使用 Stream 对 Map.Entry 进行排序，然后提取键
        List cityNamesSortedByPopulation = cities.entrySet().stream()
            // 1. 对 Map.Entry 流进行排序
            //    Map.Entry.comparingByValue() 提供了一个按值比较的 Comparator
            //    Comparator.reverseOrder() 将排序顺序反转为降序
            .sorted(Map.Entry.comparingByValue(Comparator.reverseOrder()))
            // 2. 排序完成后，将每个 Map.Entry 映射为其键（城市名称）
            .map(Map.Entry::getKey)
            // 3. 收集结果到列表中
            .toList(); // 在 Java 16+ 中，可以使用 .toList() 替代 .collect(Collectors.toList())

        System.out.println("按人口降序排列的城市名称: " + cityNamesSortedByPopulation);
        // 预期输出: 按人口降序排列的城市名称: [Brest, Vitebsk, Minsk, Mogilev]
    }
}

代码解析：

1. cities.entrySet().stream()：获取Map中所有键值对的Set>，并将其转换为一个Stream。
2. .sorted(Map.Entry.comparingByValue(Comparator.reverseOrder()))：这是核心步骤。它对Map.Entry流进行排序。Map.Entry.comparingByValue()创建了一个比较器，用于根据Map.Entry的值进行比较。Comparator.reverseOrder()则将默认的升序比较反转为降序。
3. .map(Map.Entry::getKey)：在Map.Entry流排序完成后，我们使用map操作将每个排序后的Map.Entry对象转换为其对应的键（城市名称）。
4. .toList()：将最终的城市名称流收集到一个新的List中。

3. 解决方案二：使用自定义数据结构

虽然直接排序Map.Entry能够解决问题，但在实际项目中，如果数据结构更复杂，或者需要执行更多操作，将数据建模为自定义类（或Java 16+中的record）会是更好的实践。这可以提高代码的可读性、可维护性，并使数据操作更加面向对象。

例如，我们可以定义一个City记录来封装城市名称和人口：

// Java 16+ 的 record 特性，简洁地定义数据类
record City(String name, int population) {}

然后，我们可以创建一个City对象的列表，并对其进行排序：

import java.util.Comparator;
import java.util.List;

public class CityPopulationSorterWithRecord {
    // Java 16+ 的 record 特性，简洁地定义数据类
    record City(String name, int population) {}

    public static void main(String[] args) {
        List cities = List.of(
            new City("Minsk", 1999234),
            new City("Mogilev", 1599234),
            new City("Vitebsk", 3999231),
            new City("Brest", 4999234)
        );

        // 使用 Stream 对自定义 City 对象列表进行排序
        List cityNamesSortedByPopulation = cities.stream()
            // 1. 对 City 对象流进行排序
            //    Comparator.comparingInt(City::population) 创建一个按 population 字段比较的 Comparator
            //    .reversed() 将排序顺序反转为降序
            .sorted(Comparator.comparingInt(City::population).reversed())
            // 2. 排序完成后，将每个 City 对象映射为其名称
            .map(City::name)
            // 3. 收集结果到列表中
            .toList();

        System.out.println("按人口降序排列的城市名称 (使用 record): " + cityNamesSortedByPopulation);
        // 预期输出: 按人口降序排列的城市名称 (使用 record): [Brest, Vitebsk, Minsk, Mogilev]
    }
}

代码解析：

1. record City(String name, int population) {}：定义了一个不可变的数据类City，它自动提供了构造函数、getter方法、equals(), hashCode(), toString()等。
2. List cities = List.of(...)：创建City对象的列表。
3. .sorted(Comparator.comparingInt(City::population).reversed())：对City对象流进行排序。Comparator.comparingInt(City::population)创建一个基于City对象的population字段的int类型比较器。.reversed()将其转换为降序排序。
4. .map(City::name)：将排序后的City对象映射为它们的名称。

4. 注意事项与总结

• 选择合适的排序时机： 核心原则是在Stream中执行排序操作时，确保你正在排序的数据单元包含了所有你需要的信息（例如，键和值），而不是仅仅其中的一部分。过早地映射会导致信息丢失。
• Map.Entry.comparingByValue()的便利性： 这是处理Map排序的强大工具，尤其适用于只需要根据值进行排序并提取键或值的场景。
• 自定义数据结构的重要性： 对于更复杂的数据模型，或者当数据需要封装行为时，创建专门的类或record来表示数据实体是最佳实践。这不仅提高了代码的清晰度，也使得后续的数据操作（如过滤、转换）更加灵活和类型安全。
• 链式操作与可读性： Java Stream API的设计旨在支持链式操作，使得数据处理流程清晰流畅。合理地组织filter, map, sorted, collect等操作，可以写出高度可读且高效的代码。

通过本文的讲解，你应该能够熟练地使用Java Stream对Map数据进行按值排序并提取所需信息，同时理解在不同场景下选择合适数据结构的优势。