Java 流处理之收集器详解

Java 8 引入了一个新的 Stream API，其中的收集器（Collector）是 Java 8 可以处理流（Stream）中数据的一个关键工具。收集器是指将流中元素转换成不同形式的操作。在本文中，我们将详细介绍 Java 中的收集器。

收集器的基本概念

Java 8 提供了 22 个预定义的收集器。这些收集器和终止操作结合使用来对流进行收集。Java 中的收集器具有以下基本特征：

• 可转换为 List、Set 或 Map 等集合数据结构；
• 可以限制结果集的长度；
• 可以通过分组、分区等方式对结果进行分组；
• 可以自定义将流中的元素聚合成一个集合的方式。

收集器分类

Java 中的收集器主要分为以下几类：

1. 转换收集器

转换收集器可以将流中的元素转换为指定类型的集合。Java 提供的转换收集器有以下几种：

• toList()：将流转换为 List 集合；
• toSet()：将流转换为 Set 集合；
• toMap()：将流转换为 Map，Key 和 Value 由 map 接收的两个函数推断出来。

以下是 toList() 和 toSet() 的示例代码：

List<String> list = Arrays.asList("Java", "Python", "C++");
List<String> result = list.stream().collect(Collectors.toList());
System.out.println(result); // [Java, Python, C++]

Set<String> set = Arrays.asList("Java", "Python", "C++", "Java").stream().collect(Collectors.toSet());
System.out.println(set); // [Java, Python, C++]

2. 分组收集器

分组收集器可以将流中的元素按条件分组。Java 提供的分组收集器有以下几种：

• groupingBy()：按照分组条件进行分组；
• partitioningBy()：按照分区条件进行分区。

以下是 groupingBy() 的示例代码：

class Product {
    private String name;
    private String category;
    // 省略 getters 和 setters 方法
}

List<Product> productList = Arrays.asList(
    new Product("A", "Category1"), new Product("B", "Category2"),
    new Product("C", "Category1"), new Product("D", "Category2"));

Map<String, List<Product>> result = productList.stream().collect(Collectors.groupingBy(Product::getCategory));
System.out.println(result);

// 输出：
// {Category1=[Product{name='A', category='Category1'}, 
// Product{name='C', category='Category1'}], 
// Category2=[Product{name='B', category='Category2'}, 
// Product{name='D', category='Category2'}]}

3. 聚合收集器

将流中的元素聚合成一个值。Java 提供的聚合收集器有以下几种：

• reducing()：对流中的元素进行聚合，最终返回一个 Optional；
• summarizingInt()、summarizingDouble()、summarizingLong()：将流中的元素转换为 Int、Double 或 Long 类型，然后进行汇总操作。

以下是 reducing() 和 summarizingInt() 的示例代码：

// 使用 reducing() 计算元素的总和
List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
Optional<Integer> sum = numbers.stream().collect(Collectors.reducing(Integer::sum));
System.out.println(sum); // Optional[15]

// 使用 summarizingInt() 计算元素的平均值、最大值、最小值、总和等
List<Integer> numbers2 = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
IntSummaryStatistics stats = numbers2.stream().collect(Collectors.summarizingInt(Integer::intValue));
System.out.println(stats.getAverage()); // 3.0
System.out.println(stats.getMax()); // 5
System.out.println(stats.getMin()); // 1
System.out.println(stats.getSum()); // 15

收集器的使用

1. 如何定义自定义收集器

我们可以通过实现 Collector 接口来定义自己的收集器。Collector 接口定义了四个方法：

• supplier()：提供一个空的累加器（即初始容器），用于累加收集的元素；
• accumulator()：将元素 T 添加到累加器 A 中，并且在添加完后，累加器必须按原有顺序无副作用的处理前一个累加器，然后返回一个新的累加器；
• combiner()：将 A1 和 A2 两个累加器合并成一个新的累加器，通常与accumulator() 方法相反，其中 A2 代表 accumulator() 方法返回的新容器，A1 代表旧容器；
• finisher()：对最终容器进行转换，例如将累加器转换成期望的返回类型，或对其进行最终的变换。

下面是示例代码：

class Person {
    private String name;
    private int age;
    // 省略 getters 和 setters 方法
}

class PersonStatistics {
    int count;
    int totalAge;
    double averageAge;

    public PersonStatistics() {
        this.count = 0;
        this.totalAge = 0;
        this.averageAge = 0.0;
    }

    public void accept(Person person) {
        count++;
        totalAge += person.getAge();
        averageAge = (double) totalAge / (double) count;
    }

    public PersonStatistics combine(PersonStatistics other) {
        count += other.count;
        totalAge += other.totalAge;
        averageAge = (double) totalAge / (double) count;
        return this;
    }

    public void finish() {
        // do nothing
    }

    public double getAverageAge() {
        return this.averageAge;
    }

    // 省略 toString() 方法
}

class PersonCollector implements Collector<Person, PersonStatistics, PersonStatistics> {

    @Override
    public Supplier<PersonStatistics> supplier() {
        return PersonStatistics::new;
    }

    @Override
    public BiConsumer<PersonStatistics, Person> accumulator() {
        return PersonStatistics::accept;
    }

    @Override
    public BinaryOperator<PersonStatistics> combiner() {
        return PersonStatistics::combine;
    }

    @Override
    public Function<PersonStatistics, PersonStatistics> finisher() {
        return personStatistics -> {
            personStatistics.finish();
            return personStatistics;
        };
    }

    @Override
    public Set<Characteristics> characteristics() {
        return Collections.emptySet();
    }
}

List<Person> personList = Arrays.asList(
        new Person("Hank", 33),
        new Person("Charlie", 31),
        new Person("Emily", 26),
        new Person("Michael", 58)
);

PersonStatistics personStatistics = personList.stream().collect(new PersonCollector());
System.out.println(personStatistics);

输出结果：

PersonStatistics{count=4, totalAge=148, averageAge=37.0}

2. 如何使用自定义收集器

要使用自定义收集器，需要将其传递给 Stream 的 collect() 方法。以下是示例代码：

List<Person> personList = Arrays.asList(
        new Person("Hank", 33),
        new Person("Charlie", 31),
        new Person("Emily", 26),
        new Person("Michael", 58)
);

PersonStatistics personStatistics = personList.stream().collect(new PersonCollector());
System.out.println(personStatistics);

输出结果：

PersonStatistics{count=4, totalAge=148, averageAge=37.0}

小结

Java 中的收集器是处理流中数据的重要工具。本文主要介绍了收集器的基本概念、分类、使用方法和自定义方法。在实际的开发过程中，需要根据具体业务需求来选择不同的收集器。