使用Java Stream处理嵌套列表：按条件筛选并聚合数据-java教程-PHP中文网

使用Java Stream处理嵌套列表：按条件筛选并聚合数据

本文详细介绍了如何利用java stream api处理嵌套列表数据。以产品图像为例，演示了如何筛选出具有特定类型（如jpg）的图像，并将其url聚合为逗号分隔的字符串。教程涵盖了predicate、map、filter和reduce等核心stream操作，旨在提供一种简洁高效的数据处理方案，适用于复杂对象集合的筛选和数据提取场景。

引言：处理复杂数据结构的挑战

在日常的软件开发中，我们经常会遇到需要处理复杂数据结构的情况，例如一个对象中包含一个列表，而列表中的每个元素又包含另一个列表。传统的使用循环迭代的方式来筛选和转换这些数据，代码往往冗长且难以维护。Java 8引入的Stream API提供了一种声明式、函数式的方法来处理集合数据，极大地简化了这类操作。

本教程将以一个具体场景为例，演示如何利用Java Stream API高效地从嵌套列表中筛选出符合特定条件的数据，并将其聚合为所需的格式。

场景描述：筛选产品图片URL

假设我们有一个产品数据模型，其中每个产品包含一个图片列表。每张图片又可以有多种格式（如JPG、PNG、MP4）。我们的目标是：从给定的一组图片中，筛选出所有类型包含“JPG”的图片，并将其URL地址以逗号分隔的字符串形式返回。

数据模型定义

为了更好地模拟这个场景，我们首先定义相应的数据模型。

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import java.util.List;
import java.util.Objects;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.Optional;
import java.util.function.Predicate;
import java.util.function.BinaryOperator;
import java.util.Arrays;

// 图片格式枚举及类
class ImageFormat {
    enum Type { JPG, PNG, MP4 }
    Type format;

    public ImageFormat(Type format) {
        this.format = format;
    }

    public Type getFormat() {
        return format;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        ImageFormat that = (ImageFormat) o;
        return format == that.format;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(format);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return format.name();
    }
}

// 图片类
class ProductImage {
    String id;
    String url;
    List<ImageFormat> types;

    public ProductImage(String id, String url, List<ImageFormat> types) {
        this.id = id;
        this.url = url;
        this.types = types;
    }

    public String getUrl() {
        return url;
    }

    public List<ImageFormat> getTypes() {
        return types;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "ProductImage{" +
               "id='" + id + '\'' +
               ", url='" + url + '\'' +
               ", types=" + types +
               '}';
    }
}

// 产品类 (包含图片列表)
class Product {
    String name;
    List<ProductImage> images;

    public Product(String name, List<ProductImage> images) {
        this.name = name;
    }

    public List<ProductImage> getImages() {
        return images;
    }
}

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使用Java Stream API实现筛选与聚合

我们将分步构建Stream管道，以实现上述目标。

核心思路

筛选图片： 遍历所有图片，找出那些包含“JPG”格式的图片。这涉及到对每个图片的 types 列表进行内部筛选。
映射URL： 将筛选出的图片对象转换为它们的URL字符串。
聚合结果： 将所有URL字符串连接成一个以逗号分隔的单一字符串。

步骤详解与代码实现

1. 定义筛选条件：判断图片是否包含JPG格式

首先，我们需要一个 Predicate 来判断一个 ProductImage 对象是否包含 JPG 格式。由于 types 是一个列表，我们需要在内部使用 anyMatch 来检查是否存在匹配项。

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// 定义一个 Predicate，用于判断图片是否包含 JPG 格式
static final Predicate<ProductImage> isJpgImage = (image) ->
    image.getTypes().stream()
         .anyMatch(format -> format.getFormat() == ImageFormat.Type.JPG);

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这里的 anyMatch 方法非常关键，它允许我们在Stream的内部对嵌套列表进行条件判断，只要有一个元素满足条件，anyMatch 就会返回 true。

2. 定义聚合操作：将URL连接成字符串

接下来，我们需要一个 BinaryOperator 来将Stream中的字符串元素（即URL）聚合为一个逗号分隔的字符串。

// 定义一个 BinaryOperator，用于将字符串用逗号连接起来
static final BinaryOperator<String> urlReducer = (a, b) -> a + "," + b;

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3. 构建Stream管道：筛选、映射、聚合

现在，我们可以将上述组件组合起来，构建完整的Stream管道。

public static String getJpgImageUrls(final List<ProductImage> images) {
    return images.stream()
                 .filter(isJpgImage) // 步骤1：筛选出包含JPG格式的图片
                 .map(ProductImage::getUrl) // 步骤2：将筛选出的图片映射为其URL
                 .reduce(urlReducer) // 步骤3：将所有URL聚合为逗号分隔的字符串
                 .orElse("No matching JPG images found."); // 处理没有匹配项的情况
}

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完整示例代码

为了方便测试和理解，我们提供一个完整的示例类，包含数据初始化和调用逻辑。

import java.util.List;
import java.util.Objects;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.Optional;
import java.util.function.Predicate;
import java.util.function.BinaryOperator;
import java.util.Arrays;

// 图片格式枚举及类
class ImageFormat {
    enum Type { JPG, PNG, MP4 }
    Type format;

    public ImageFormat(Type format) {
        this.format = format;
    }

    public Type getFormat() {
        return format;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        ImageFormat that = (ImageFormat) o;
        return format == that.format;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(format);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return format.name();
    }
}

// 图片类
class ProductImage {
    String id;
    String url;
    List<ImageFormat> types;

    public ProductImage(String id, String url, List<ImageFormat> types) {
        this.id = id;
        this.url = url;
        this.types = types;
    }

    public String getUrl() {
        return url;
    }

    public List<ImageFormat> getTypes() {
        return types;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "ProductImage{" +
               "id='" + id + '\'' +
               ", url='" + url + '\'' +
               ", types=" + types +
               '}';
    }
}

// 产品类 (包含图片列表) - 示例中直接处理图片列表，产品类可简化
class Product {
    String name;
    List<ProductImage> images;

    public Product(String name, List<ProductImage> images) {
        this.name = name;
        this.images = images;
    }

    public List<ProductImage> getImages() {
        return images;
    }
}


public class NestedListStreamProcessor {

    // 定义一个 Predicate，用于判断图片是否包含 JPG 格式
    static final Predicate<ProductImage> isJpgImage = (image) ->
        image.getTypes().stream()
             .anyMatch(format -> format.getFormat() == ImageFormat.Type.JPG);

    // 定义一个 BinaryOperator，用于将字符串用逗号连接起来
    static final BinaryOperator<String> urlReducer = (a, b) -> a + "," + b;

    /**
     * 从图片列表中获取所有包含JPG格式的图片的URL，并以逗号分隔。
     *
     * @param images 图片列表
     * @return 逗号分隔的JPG图片URL字符串，如果没有匹配项则返回 "No matching JPG images found."
     */
    public static String getJpgImageUrls(final List<ProductImage> images) {
        return images.stream()
                     .filter(isJpgImage) // 筛选出包含JPG格式的图片
                     .map(ProductImage::getUrl) // 将筛选出的图片映射为其URL
                     .reduce(urlReducer) // 将所有URL聚合为逗号分隔的字符串
                     .orElse("No matching JPG images found."); // 处理没有匹配项的情况
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 构造示例数据
        List<ProductImage> productAImages = Arrays.asList(
            new ProductImage("img1", "url1", Arrays.asList(
                new ImageFormat(ImageFormat.Type.JPG),
                new ImageFormat(ImageFormat.Type.PNG)
            )),
            new ProductImage("img2", "url2", Arrays.asList(
                new ImageFormat(ImageFormat.Type.MP4),
                new ImageFormat(ImageFormat.Type.PNG)
            )),
            new ProductImage("img3", "url3", Arrays.asList(
                new ImageFormat(ImageFormat.Type.JPG),
                new ImageFormat(ImageFormat.Type.MP4)
            ))
        );

        System.out.println("产品A的图片列表:");
        productAImages.forEach(System.out::println);
        System.out.println("\n----------------------------------------");

        // 调用方法获取JPG图片URL
        String jpgUrls = getJpgImageUrls(productAImages);
        System.out.println("产品A中JPG图片URL (逗号分隔): " + jpgUrls); // 预期输出: url1,url3

        System.out.println("\n----------------------------------------");

        // 测试没有匹配项的情况
        List<ProductImage> noJpgImages = Arrays.asList(
            new ProductImage("img4", "url4", Arrays.asList(
                new ImageFormat(ImageFormat.Type.PNG)
            )),
            new ProductImage("img5", "url5", Arrays.asList(
                new ImageFormat(ImageFormat.Type.MP4)
            ))
        );
        System.out.println("没有JPG图片的产品列表:");
        noJpgImages.forEach(System.out::println);
        System.out.println("\n----------------------------------------");

        String noMatchUrls = getJpgImageUrls(noJpgImages);
        System.out.println("没有JPG图片的产品URL (逗号分隔): " + noMatchUrls); // 预期输出: No matching JPG images found.
    }
}

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代码解析

images.stream(): 将 ProductImage 列表转换为一个 Stream<ProductImage>。
.filter(isJpgImage): 这是第一个中间操作。它使用我们定义的 isJpgImage Predicate 来过滤Stream中的元素。只有那些 types 列表中包含 ImageFormat.Type.JPG 的 ProductImage 对象才能通过此过滤器。
.map(ProductImage::getUrl): 这是第二个中间操作。它将Stream中的每个 ProductImage 对象转换为其对应的 URL 字符串。此时，Stream的类型变为 Stream<String>。ProductImage::getUrl 是方法引用，等价于 image -> image.getUrl()。
.reduce(urlReducer): 这是一个终端操作。它使用我们定义的 urlReducer BinaryOperator 来将Stream中的所有 String 元素组合成一个单一的 String。reduce 操作的结果是一个 Optional<String>，因为Stream可能为空。
.orElse("No matching JPG images found."): 处理 Optional 结果。如果 reduce 操作返回的 Optional 包含一个值（即找到了匹配的URL），则返回该值；否则，返回指定的默认字符串。

注意事项与最佳实践

空值处理： 在实际应用中，ProductImage 或 types 列表可能为 null。在访问这些属性之前，应进行适当的 null 检查，以避免 NullPointerException。例如，image.getTypes() != null && image.getTypes().stream().anyMatch(...)。
性能考量： 对于非常大的嵌套列表，Stream操作通常是高效的，但嵌套的 anyMatch 可能会导致一定的性能开销。如果性能是关键因素，且数据量极大，可以考虑构建索引或采用其他数据结构优化。
可读性： 将 Predicate 和 BinaryOperator 提取为单独的 static final 字段，可以提高代码的可读性和复用性，使Stream管道的主体部分更加简洁明了。
Optional 的使用： reduce 方法返回 Optional 是为了优雅地处理Stream为空的情况。始终考虑 Optional 的 isPresent()、orElse()、orElseGet() 或 orElseThrow() 方法来安全地获取结果。
并行Stream： 对于CPU密集型操作和大规模数据集，可以考虑使用 parallelStream() 来并行处理数据，以提高性能。但请注意，并行Stream并非总是更优，它会引入线程同步的开销，对于I/O密集型或小数据集可能适得其反。

总结

通过本教程，我们学习了如何利用Java Stream API处理嵌套列表的复杂数据筛选和聚合任务。Stream API提供了一种强大且富有表现力的方式来编写简洁、高效、易于理解的代码。掌握 filter、map、reduce 以及 anyMatch 等核心操作，能够帮助开发者更优雅地处理各种集合操作，显著提升开发效率和代码质量。

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