Java8(3):Java8 中 Map 接口的新方法

我们提一个需求:给定一个 List<String>,统计每个元素出现的所有位置。

比如,给定 list["a", "b", "b", "c", "c", "c", "d", "d", "d", "f", "f", "g"] ,那么应该返回:
a : [0]
b : [1, 2]
c : [3, 4, 5]
d : [6, 7, 8]
f : [9, 10]
g : [11]

很明显,我们很适合使用 Map 来完成这件事情:

public static Map<String, List<Integer>> getElementPositions(List<String> list) {
    Map<String, List<Integer>> positionsMap = new HashMap<>();

    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        String str = list.get(i);
        List<Integer> positions = positionsMap.get(str);

        if (positions == null) { // 如果 positionsMap 还不存在 str 这个键及其对应的 List<Integer>
            positions = new ArrayList<>(1);
            positionsMap.put(str, positions); // 将 str 及其对应的 positions 放入 positionsMap
        }

        positions.add(i); // 将索引加入 str 相关联的 List<Integer> 中
    }

    return positionsMap;
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
    List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "b", "c", "c", "c", "d", "d", "d", "f", "f", "g");

    System.out.println("使用 Java8 之前的 API:");
    Map<String, List<Integer>> elementPositions = getElementPositions(list);
    System.out.println(elementPositions);
}

运行结果:
Java8 之前 API 的运行结果

Java8 时,Map<K, V> 接口添加了一个新的方法,putIfAbsent(K key, V value),功能是:
如果当前 Map 不存在键 key 或者该 key 关联的值为 null,那么就执行 put(key, value);否则,便不执行 put 操作。该方法等价于如下代码:

putIfAbsent 的等价代码

(题外话:putIfAbsent 方法与 put 方法一样,返回的是方法调用之前与参数 key 相关联的 value

使用 putIfAbsent 修改 getElementPositions 方法:

public static Map<String, List<Integer>> getElementPositions(List<String> list) {
    Map<String, List<Integer>> positionsMap = new HashMap<>();

    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        String str = list.get(i);
        positionsMap.putIfAbsent(str, new ArrayList<>(1)); // 如果 positionsMap 不存在键 str 或者 str 关联的 List<Integer> 为 null,那么就会进行 put;否则不执行 put
        positionsMap.get(str).add(i);
    }

    return positionsMap;
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
    List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "b", "c", "c", "c", "d", "d", "d", "f", "f", "g");

    System.out.println("使用 putIfAbsent:");
    Map<String, List<Integer>> elementPositions = getElementPositions(list);
    System.out.println(elementPositions);
}

运行结果:
使用 putIfAbsent 的运行结果

可以看到使用 putIfAbsent 之后的 getElementPositions 简洁了一点,那还能更简洁吗?

查看 Map 接口的方法,可以发现在 JDK1.8 时,还添加了如下两个方法:
compute 方法 和 computeIfAbsent 方法

查看 compute 方法的 API 文档,可以发现 compute 方法与如下代码等价

 V oldValue = map.get(key);
 V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue);
 if (oldValue != null ) {
    if (newValue != null)
       map.put(key, newValue);
    else
       map.remove(key);
 } else { // 即 原来的 key 不存在 Map 中或该 key 关联的 value 为 null
    if (newValue != null)
       map.put(key, newValue);
    else
       return null;
 }

compute 方法和原来 put 方法的区别在于:

put(K key, V value) 方法,如果 keyMap 中不存在,那么直接加入;如果已经存在,那么使用新的 value 替换旧的 value

compute(K key, BiFunction remappingFunction) 方法可以通过一个 BiFunction 来计算出新的 valueBiFunction 的参数为旧的 keyvalue,返回计算出新的 value —— 与 put 方法不同,compute 方法返回的会是最新的与 key 相关联的 value,而不是旧的 value
所以可以使用 compute 方法改写 getElementPositions 如下:

public static Map<String, List<Integer>> getElementPositions(List<String> list) {
    Map<String, List<Integer>> positionsMap = new HashMap<>();

    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        positionsMap.compute(list.get(i), (k, v) -> v == null ? new ArrayList<>(1) : v).add(i);
    }

    return positionsMap;
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
    List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "b", "c", "c", "c", "d", "d", "d", "f", "f", "g");

    System.out.println("使用 compute:");
    Map<String, List<Integer>> elementPositions = getElementPositions(list);
    System.out.println(elementPositions);
}

(k, v) -> v == null ? new ArrayList<>(1) : v 即 如果当前的 valuenull,那么 该 BiFunction 的返回值为 new ArrayList<>(1);如果不为 null,那么返回值便是本身。而且因为 compute 方法会返回新的 value —— 此时便是与 list.get(i)key) 相关联的 ArrayList —— 所以我们可以直接调用其 add 方法。

运行结果:
使用 compute 的运行结果

很棒~ 还能更简洁吗? 我们再看看 computeIfAbsent 方法:
computeIfAbsentcompute 的关系,就类似于 putIfAbsentput的关系:
computeIfAbsentkey 不在 Map 中或者与 key 相关联的 valuenull 时,才执行通过函数计算新 value 的操作,否则不执行;computeIfAbsent 的返回值也是与 key 相关联的最新的 value。其默认实现如下:
computeIfAbsent 的默认实现

compute 不同,computeIfAbsent 接受的函数操作是 Function 而不是 BiFunction —— 这很好理解,computeIfAbsent 只在 key 不在 Map 中或者与 key 相关联的 valuenull 时才执行函数操作,那么显然此时与 key 相关的 valuenull,所以 computeIfAbsent 只接受 Function 作为参数即可 —— 该 Function 可以使用 key 作为参数计算出新的 value。使用 computeIfAbsent 改写 getElementPositions

public static Map<String, List<Integer>> getElementPositions(List<String> list) {
    Map<String, List<Integer>> positionsMap = new HashMap<>();

    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        positionsMap.computeIfAbsent(list.get(i), k -> new ArrayList<>(1)).add(i);
    }

    return positionsMap;
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
    List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "b", "c", "c", "c", "d", "d", "d", "f", "f", "g");

    System.out.println("使用 computeIfAbsent:");
    Map<String, List<Integer>> elementPositions = getElementPositions(list);
    System.out.println(elementPositions);
}

运行结果:
使用 computeIfAbsent 的运行结果

事实上,本文使用 putIfAbsent 时是存在问题的,positionsMap.putIfAbsent(str, new ArrayList<>(1)); 这句代码每次调用时都会产生一个临时的 ArrayList —— 当遍历的 List<String> 较大时,这可能会带来一定的负面影响;相比之下 computecomputeIfAbsent 的好处在于,它们接受的参数为函数,只会在必要时才使用函数进行计算得出新 value。在本文类似需求的情况下,就适用性和简洁性而言,computeIfAbsent 要优于 compute。在 JDK1.8 的 API 文档中,也说到在需要生成一个类似于 Map<K, Collection<V>> 的结构时,computeIfAbsent 很适合这种情况:

computeIfAbsent 的 JavaDoc 文档

compute 方法适用于什么情况呢?从前面的介绍可知,compute 方法更适用于更新 key 关联的 value 时,新值依赖于旧值的情况 —— 比如统计一个 List<String> 中每个元素出现的次数:

public static Map<String, Integer> getElementCounts(List<String> list) {
    Map<String, Integer> countsMap = new HashMap<>();

    list.forEach(str -> countsMap.compute(str, (k, v) -> v == null ? 1 : v + 1)); // 此时:新值 = 旧值 + 1

    return countsMap;
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
    List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "b", "c", "c", "c", "d", "d", "d", "f", "f", "g");
    System.out.println("使用 compute 计算元素出现的次数:");
    Map<String, Integer> counts = getElementCounts(list);
    System.out.println(counts);
}

运行结果:
使用 compute 计算元素出现的次数

Java8 中还为 Map 添加了一些其他方便于编码的新方法,请有兴趣的读者继续发掘。


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