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在 Java 8 中获取 Map 中所有最大值对应的键列表教程

花韻仙語
发布: 2025-09-22 16:19:01
原创
426人浏览过

在 Java 8 中获取 Map 中所有最大值对应的键列表教程

本教程探讨了在 Java 8+ 中如何从 Map<String, Integer> 中收集所有具有相同最大值的键列表。文章提供了两种主要方法:一种是利用 Stream API 进行分组和筛选的声明式方案,另一种是单次迭代的命令式优化方案,并对比了它们的优缺点,旨在帮助开发者根据具体场景选择最合适的实现方式。

问题描述

java 开发中,我们经常需要处理键值对数据结构,例如 map<string, integer>。一个常见的需求是找出所有映射到最大值的键。例如,给定一个 map:

final Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("first", 50);
map.put("second", 10);
map.put("third", 50);
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我们期望的输出是一个包含所有最大值键的 List,即 ["first", "third"],因为 "first" 和 "third" 都对应着最大值 50。

常见尝试与局限

初学者可能会尝试使用 Stream API 的 max 方法,但这种方法通常只能返回一个最大值对应的键(如果存在多个,则返回其中一个):

// 只能获取一个最大值对应的键
final String maxKey = map.entrySet()
    .stream()
    .max(Map.Entry.comparingByValue())
    .map(Map.Entry::getKey)
    .orElse(null);

System.out.println(maxKey); // 可能会输出 "third" 或 "first",取决于内部迭代顺序
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或者尝试对所有条目按值降序排序,但这会返回所有键,而不是仅限于最大值对应的键:

// 返回所有键,按值降序排列
final List<String> keysInDescending = map.entrySet()
    .stream()
    .sorted(Map.Entry.<String,Integer>comparingByValue().reversed())
    .map(Map.Entry::getKey)
    .collect(Collectors.toList());

System.out.println(keysInDescending); // 输出 [third, first, second]
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这些方法都无法直接满足获取所有最大值键的需求。

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解决方案一:使用 Java 8 Stream API 进行分组和筛选

此方法利用 Stream API 的强大功能,通过两次迭代实现。第一次迭代将所有键按其值进行分组,第二次迭代则从分组后的 Map 中找出最大值对应的键列表。

import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.HashMap;
import java.util.stream.Collectors;
import static java.util.stream.Collectors.groupingBy;
import static java.util.stream.Collectors.mapping;
import static java.util.stream.Collectors.toList;

public class MaxKeysCollector {

    public static List<String> getMaxKeysUsingStreams(Map<String, Integer> map) {
        if (map == null || map.isEmpty()) {
            return List.of(); // 返回空列表或抛出异常,取决于业务需求
        }

        return map.entrySet()
                .stream()
                // 1. 按值进行分组:Map<Integer, List<String>>
                // 键是值(Integer),值是所有映射到该值的键列表(List<String>)
                .collect(groupingBy(Map.Entry::getValue, mapping(Map.Entry::getKey, toList())))
                .entrySet()
                .stream()
                // 2. 找到分组Map中键(即原始值)最大的那个条目
                .max(Map.Entry.comparingByKey())
                // 3. 如果Map为空,orElseThrow()会抛出NoSuchElementException。
                // 更好的做法是处理Optional为空的情况,例如返回一个空列表。
                .orElseThrow(() -> new IllegalStateException("Map is empty or contains no entries."))
                // 4. 获取该最大条目中的值,即对应的键列表
                .getValue();
    }

    public static void main(String[] args) {
        final Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("first", 50);
        map.put("second", 10);
        map.put("third", 50);
        map.put("fourth", 30);

        List<String> maxKeys = getMaxKeysUsingStreams(map);
        System.out.println("Stream API 方案结果: " + maxKeys); // 输出: Stream API 方案结果: [first, third] (顺序可能不同)
    }
}
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解析:

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  1. map.entrySet().stream():获取 Map 的所有条目并转换为 Stream。
  2. collect(groupingBy(Map.Entry::getValue, mapping(Map.Entry::getKey, toList()))):这是核心步骤。它将 Stream<Map.Entry<String, Integer>> 转换为 Map<Integer, List<String>>。
    • groupingBy(Map.Entry::getValue):根据 Map.Entry 的值(即 Integer)进行分组。
    • mapping(Map.Entry::getKey, toList()):对于每个分组,将原始 Map.Entry 的键(String)提取出来,并收集到一个 List<String> 中。
  3. .entrySet().stream():将上一步生成的 Map<Integer, List<String>> 再次转换为 Stream<Map.Entry<Integer, List<String>>>。
  4. .max(Map.Entry.comparingByKey()):从这个新的 Stream 中,找到键(即原始值)最大的那个条目。
  5. .orElseThrow().getValue():获取最大值对应的 List<String>。orElseThrow() 用于处理 Optional 为空的情况,如果原始 Map 为空,则会抛出异常。在实际应用中,建议更优雅地处理此情况,例如在方法开头进行空 Map 检查。

优点: 代码简洁、声明式风格,易于理解其意图。 缺点: 进行了两次迭代,对于非常大的 Map 可能会有轻微的性能开销,但通常情况下影响不大。

解决方案二:单次迭代的命令式优化方案

对于性能要求极高的场景,或者当 Map 包含大量数据时,单次迭代的命令式 for 循环通常是最高效的。它在一次遍历中同时追踪当前的最大值和所有与该最大值关联的键。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.HashMap;

public class MaxKeysCollectorOptimized {

    public static List<String> getMaxKeysOptimized(Map<String, Integer> map) {
        List<String> maxKeys = new ArrayList<>();
        int maxValue = Integer.MIN_VALUE; // 初始化为Integer的最小值,确保任何Map值都能被正确比较

        if (map == null || map.isEmpty()) {
            return maxKeys; // 返回空列表
        }

        for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
            int currentValue = entry.getValue();

            if (currentValue < maxValue) {
                // 当前值小于已知的最大值,跳过
                continue;
            }

            if (currentValue > maxValue) {
                // 发现了一个新的更大的值
                maxKeys.clear(); // 清空之前收集的键,因为它们不再是最大值
                maxValue = currentValue; // 更新最大值
            }
            // 如果 currentValue == maxValue,则将当前键添加到列表中
            // 如果 currentValue > maxValue,在清空后,也需要将当前键添加
            maxKeys.add(entry.getKey());
        }
        return maxKeys;
    }

    public static void main(String[] args) {
        final Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("first", 50);
        map.put("second", 10);
        map.put("third", 50);
        map.put("fourth", 30);

        List<String> maxKeys = getMaxKeysOptimized(map);
        System.out.println("单次迭代优化方案结果: " + maxKeys); // 输出: 单次迭代优化方案结果: [first, third] (顺序可能不同)
    }
}
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解析:

  1. List<String> maxKeys = new ArrayList<>();:初始化一个 List 来存储结果。
  2. int maxValue = Integer.MIN_VALUE;:初始化一个变量 maxValue 为 Integer 的最小值。这是关键,确保 Map 中的任何正值或零值都能被正确识别为大于初始值。
  3. 遍历 Map 的所有条目:
    • if (currentValue < maxValue):如果当前条目的值小于 maxValue,则它不可能是最大值,直接跳过。
    • if (currentValue > maxValue):如果当前条目的值大于 maxValue,说明我们找到了一个新的最大值。此时,需要清空 maxKeys 列表(因为之前的键不再是最大值),然后更新 maxValue。
    • maxKeys.add(entry.getKey());:如果当前值等于 maxValue(包括 currentValue > maxValue 更新后),则将当前键添加到 maxKeys 列表中。

优点: 性能最佳,只需单次迭代。 缺点: 代码是命令式风格,相对于 Stream API 方案,可能在某些人看来可读性稍差。

方案选择与考量

  • Stream API 方案 (分组和筛选)

    • 适用场景:追求代码的声明式风格、简洁性和函数式编程范式,对极端性能要求不高。
    • 优点:代码意图清晰,易于理解。
    • 注意事项:处理空 Map 时需要额外注意 orElseThrow() 可能抛出的异常。
  • 单次迭代优化方案

    • 适用场景:对性能有严格要求,处理大规模数据集,或在性能敏感的代码路径中。
    • 优点:效率最高,单次遍历。
    • 注意事项:代码相对命令式,需要仔细理解其逻辑。

在大多数现代 Java 应用中,Stream API 方案的性能开销通常可以忽略不计,因此可以优先选择其提供的简洁性和可读性。然而,如果经过性能分析发现 Stream API 成为瓶颈,那么单次迭代的优化方案将是更合适的选择。

总结

本文介绍了在 Java 8+ 中获取 Map 中所有最大值对应的键列表的两种主要方法:一种是利用 Stream API 进行分组和筛选,另一种是采用单次迭代的命令式优化方案。两种方法都能正确解决问题,但在代码风格、性能和适用场景上各有侧重。开发者应根据项目的具体需求和性能考量,选择最适合的实现方式。

以上就是在 Java 8 中获取 Map 中所有最大值对应的键列表教程的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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