Java函數(shù)式編程(九)：Comparator
實(shí)現(xiàn)Comparator接口
Comparator接口的身影在JDK庫(kù)中隨處可見(jiàn)，從查找到排序，再到反轉(zhuǎn)操作，等等。Java 8里它變成了一個(gè)函數(shù)式接口，這樣的好處就是我們可以使用流式語(yǔ)法來(lái)實(shí)現(xiàn)比較器了。
我們用幾種不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)一下Comparator，看看新式語(yǔ)法的價(jià)值所在。你的手指頭會(huì)感謝你的，不用實(shí)現(xiàn)匿名內(nèi)部類(lèi)少敲了多少鍵盤(pán)啊。
使用Comparator進(jìn)行排序
下面這個(gè)例子將使用不同的比較方法，來(lái)將一組人進(jìn)行排序。我們先來(lái)創(chuàng)建一個(gè)Person的JavaBean。
public class Person {
private final String name;
private final int age;
public Person(final String theName, final int theAge) {
name = theName;
age = theAge;
}
public String getName() { return name; }
public int getAge() { return age; }
public int ageDifference(final Person other) {
return age - other.age;
}
public String toString() {
return String.format("%s - %d", name, age);
}
}
我們可以通過(guò)Person類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)Comparator接口，不過(guò)這樣我們只能使用一種比較方式。我們希望能比較不同的屬性——比如名字，年齡，或者這些的組合。為了可以靈活的進(jìn)行比較，我們可以使用Comparator，當(dāng)我們需要進(jìn)行比較的時(shí)候，再去生成相關(guān)的代碼。
我們先來(lái)創(chuàng)建一個(gè)Person的列表，每個(gè)人都有不同的名字和年齡。
final List<Person> people = Arrays.asList(
new Person("John", 20),
new Person("Sara", 21),
new Person("Jane", 21),
new Person("Greg", 35));
我們可以通過(guò)人的名字或者年齡來(lái)對(duì)他們進(jìn)行升序或者降序的排序。一般的方法就是使用匿名內(nèi)部類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)Comparator接口。這樣寫(xiě)的話只有比較相關(guān)的代碼是有意義的，其它的都只是走走形式而已。而使用lambda表達(dá)式則可以聚焦到比較的本質(zhì)上來(lái)。
我們先按年齡從小到大對(duì)他們進(jìn)行排序。
既然我們已經(jīng)有了一個(gè)List對(duì)象，我們可以用它的sort()方法來(lái)進(jìn)行排序。不過(guò)這個(gè)方法也有它的問(wèn)題。這是一個(gè)void方法，也就是說(shuō)當(dāng)我們調(diào)用這個(gè)方法的時(shí)候，這個(gè)列表會(huì)發(fā)生改動(dòng)。要保留原始列表的話，我們得先拷貝出一份來(lái)，然后再調(diào)用sort()方法。這簡(jiǎn)直太費(fèi)勁了。這個(gè)時(shí)候我們得求助下Stream類(lèi)了。
我們可以從List那獲取一個(gè)Stream對(duì)象，然后調(diào)用它的sorted()方法。它會(huì)返回一個(gè)排好序的集合，而不是在原來(lái)的集合上做修改。使用這個(gè)方法的話可以很方便的配置Comparator的參數(shù)。
List<Person> ascendingAge =
people.stream()
.sorted((person1, person2) -> person1.ageDifference(person2))
.collect(toList());
printPeople("Sorted in ascending order by age: ", ascendingAge);
我們先通過(guò)stream()方法將列表轉(zhuǎn)化成一個(gè)Stream對(duì)象。然后調(diào)用它的sorted()方法。這個(gè)方法接受一個(gè)Comparator參數(shù)。由于Comparator是一個(gè)函數(shù)式接口，我們可以傳入一個(gè)lambda表達(dá)式。最后我們調(diào)用collect方法，讓它把結(jié)果存儲(chǔ)到一個(gè)列表里。collect方法是一個(gè)歸約器，它能把迭代過(guò)程中的對(duì)象輸出成某種特定的格式或者類(lèi)型。toList()方法是Collectors類(lèi)的一個(gè)靜態(tài)方法。
Comparator的抽象方法compareTo()接收兩個(gè)參數(shù)，也就是要比較的對(duì)象，并返回一個(gè)int類(lèi)型的結(jié)果。為了兼容這個(gè)，我們的lambda表達(dá)式也接收兩個(gè)參數(shù)，兩個(gè)Person對(duì)象，它們的類(lèi)型是由編譯器自動(dòng)推導(dǎo)的。我們返回一個(gè)int類(lèi)型，表明比較的對(duì)象是否相等。
因?yàn)橐茨挲g進(jìn)行排序，所以我們會(huì)比較兩個(gè)對(duì)象的年齡，然后返回比較的結(jié)果。如果他們一樣大，則返回0。否則如果第一個(gè)人更年輕的話就返回一個(gè)負(fù)數(shù)，更年長(zhǎng)的話就返回正數(shù)。
sorted()方法會(huì)遍歷目標(biāo)集合的每個(gè)元素并調(diào)用指定的Comparator，來(lái)確定出元素的排序順序。sorted()方法的執(zhí)行方式有點(diǎn)類(lèi)似前面說(shuō)到的reduce()方法。reduce()方法把列表逐步歸約出一個(gè)結(jié)果。而sorted()方法則通過(guò)比較的結(jié)果來(lái)進(jìn)行排序。
一旦我們排好序后我們想要把結(jié)果打印出來(lái)，因此我們調(diào)用了一個(gè)printPeople()方法;下面來(lái)實(shí)現(xiàn)下這個(gè)方法。
public static void printPeople(
final String message, final List<Person> people) {
System.out.println(message);
people.forEach(System.out::println);
}
這個(gè)方法中，我們先打印了一個(gè)消息，然后遍歷列表，打印出里面的每個(gè)元素。
我們來(lái)調(diào)用下sorted()方法看看，它會(huì)將列表中的人按年齡從小到大進(jìn)行排列。
Sorted in ascending order by age:
John - 20
Sara - 21
Jane - 21
Greg - 35
我們?cè)倏匆幌聅orted()方法，來(lái)做一個(gè)改進(jìn)。
.sorted((person1, person2) -> person1.ageDifference(person2))
在傳入的這個(gè)lambda表達(dá)式里，我們只是簡(jiǎn)單的路由了下這兩個(gè)參數(shù)——第一個(gè)參數(shù)作為ageDifference()方法的調(diào)用目標(biāo)，而第二個(gè)作為它的參數(shù)。但是我們可以不這么寫(xiě)，而是用一個(gè)office-space模式——也就是使用方法引用，讓Java編譯器去做路由。
這里用到的參數(shù)路由和前面看到的有點(diǎn)不同。我們之前看到的，要么參數(shù)是作為調(diào)用目標(biāo)，要么是作為調(diào)用參數(shù)。而現(xiàn)在，我們有兩個(gè)參數(shù)，我們希望能分成兩個(gè)部分，一個(gè)是作為方法調(diào)用的目標(biāo)，第二個(gè)則作為參數(shù)。別擔(dān)心，Java編譯器會(huì)告訴你，“這個(gè)我來(lái)搞定”。
我們可以把前面的sorted()方法里面的lambda表達(dá)式替換成一個(gè)短小精悍的ageDifference方法。
people.stream()
.sorted(Person::ageDifference)
這段代碼非常簡(jiǎn)潔，這多虧了Java編譯器提供的方法引用。編譯器接收到兩個(gè)person實(shí)例的參數(shù)，把第一個(gè)用作ageDifference()方法的調(diào)用目標(biāo)，而第二個(gè)作為方法參數(shù)。我們讓編譯器去做這個(gè)工作，而不是自己直接去寫(xiě)代碼。當(dāng)使用這種方式的時(shí)候，我們必須確定第一個(gè)參數(shù)就是引用的方法的調(diào)用目標(biāo)，而剩下那個(gè)就是方法的入?yún)ⅰ?/p>
重用Comparator
我們很容易就將列表中的人按年齡從小到大排好序了，當(dāng)然從大到小進(jìn)行排序也很容易。我們來(lái)試一下。
printPeople("Sorted in descending order by age: ",
people.stream()
.sorted((person1, person2) -> person2.ageDifference(person1))
.collect(toList()));
我們調(diào)用了sorted()方法并傳入一個(gè)lambda表達(dá)式，它正好能適配成Comparator接口，就像前面的例子那樣。唯一不同的就是這個(gè)lambda表達(dá)式的實(shí)現(xiàn)——我們把要比較的人調(diào)了下順序。結(jié)果應(yīng)該是按他們的年齡由從大到小排列的。我們來(lái)看一下。
Sorted in descending order by age:
Greg - 35
Sara - 21
Jane - 21
John - 20
只是改一下比較的邏輯費(fèi)不了太多勁。但我們沒(méi)法把這個(gè)版本重構(gòu)成方法引用的，因?yàn)閰?shù)的順序不符合方法引用的參數(shù)路由的規(guī)則；第一個(gè)參數(shù)并不是用作方法的調(diào)用目標(biāo)，而是作為方法參數(shù)。有一個(gè)方法能解決這個(gè)問(wèn)題，同時(shí)它還能減少重復(fù)的工作。我們來(lái)看下如何實(shí)現(xiàn)。
前面我們已經(jīng)創(chuàng)建了兩個(gè)lambda表達(dá)式：一個(gè)是按年齡從小到大排序，一個(gè)是從大到小排序。這么做的話，會(huì)出現(xiàn)代碼冗余和重復(fù)，并破壞了DRY原則。如果我們只是想要調(diào)整下排序順序的話，JDK提供了一個(gè)reverse方法，它有一個(gè)特殊的方法修飾符，default。我們會(huì)在77頁(yè)中的default方法來(lái)討論它，這里我們先用下這個(gè)reversed()方法來(lái)去除冗余性。
Comparator<Person> compareAscending =
(person1, person2) -> person1.ageDifference(person2);
Comparator<Person> compareDescending = compareAscending.reversed();
我們先創(chuàng)建了一個(gè)Comparator，compareAscending，來(lái)將人按年齡從小到大進(jìn)行排序。為了反轉(zhuǎn)比較順序，而不是再寫(xiě)一次這個(gè)代碼，我們只需要調(diào)用一下這個(gè)第一個(gè)Comparator的reversed()方法就可以獲取第二個(gè)Comparator對(duì)象。在reversed()方法底層，它創(chuàng)建了一個(gè)比較器，來(lái)交換了比較的參數(shù)的順序。這說(shuō)明reversed也是一個(gè)高階方法——它創(chuàng)建并返回了一個(gè)無(wú)副作用的函數(shù)。我們把這個(gè)兩個(gè)比較器用到代碼里。
printPeople("Sorted in ascending order by age: ",
people.stream()
.sorted(compareAscending)
.collect(toList())
);
printPeople("Sorted in descending order by age: ",
people.stream()
.sorted(compareDescending)
.collect(toList())
);
從代碼中明顯可以看到，Java8的這些新特性極大的減少了代碼的冗余及復(fù)雜度，不過(guò)好處遠(yuǎn)不止這些，JDK里還有無(wú)限可能等著你去探索。
我們已經(jīng)可以按年齡進(jìn)行排序了，想按名字來(lái)排序的話也很簡(jiǎn)單。我們來(lái)按名字進(jìn)行字典序排列，同樣的，只需要改下lambda表達(dá)式里的邏輯就好了。
printPeople("Sorted in ascending order by name: ",
people.stream()
.sorted((person1, person2) ->
person1.getName().compareTo(person2.getName()))
.collect(toList()));
輸出的結(jié)果里會(huì)按名字的字典序進(jìn)行排列。
Sorted in ascending order by name:
Greg - 35
Jane - 21
John - 20
Sara - 21
現(xiàn)在為止，我們要么就按年齡排序，要么就按名字排序。我們可以讓lambda表達(dá)式的邏輯更智能一些。比如我們可以同時(shí)按年齡和名字排序。
我們來(lái)選出列表中最年輕的人來(lái)。我們可以先按年齡從小到大排序然后選中結(jié)果中的第一個(gè)。不過(guò)其實(shí)用不著那樣，Stream有一個(gè)min()方法可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)。這個(gè)方法同樣也接受一個(gè)Comparator，不過(guò)返回的是集合中最小的對(duì)象。我們來(lái)用下它。
people.stream()
.min(Person::ageDifference)
.ifPresent(youngest -> System.out.println("Youngest: " + youngest));
調(diào)用min()方法的時(shí)候我們用了ageDifference這個(gè)方法引用。min()方法返回的是一個(gè)Optinal對(duì)象，因?yàn)榱斜砜赡転榭詹⑶依锩婵赡懿恢挂粋€(gè)年紀(jì)最小的人。接著我們通過(guò)Optinal的ifPrsend()方法獲取到年紀(jì)最小的那個(gè)人，并打印出他的詳細(xì)信息。來(lái)看下輸出結(jié)果。
Youngest: John - 20
輸出年紀(jì)最大的同樣也很簡(jiǎn)單。只要把這個(gè)方法引用傳給一個(gè)max()方法就好了。
people.stream()
.max(Person::ageDifference)
.ifPresent(eldest -> System.out.println("Eldest: " + eldest));
我們來(lái)看下最年長(zhǎng)那位的名字和年齡。
Eldest: Greg - 35
有了lambda表達(dá)式和方法引用之后，比較器的實(shí)現(xiàn)變得更簡(jiǎn)潔也更方便了。JDK也給Compararor類(lèi)引入了不少便利的方法，使得我們可以更流暢的進(jìn)行比較，下面我們將會(huì)看到。
多重比較和流式比較
我們來(lái)看下Comparator接口提供了哪些方便的新方法，并用它們來(lái)進(jìn)行多個(gè)屬性的比較。
我們還是繼續(xù)使用上節(jié)中的那個(gè)例子。按名字排序的話，我們上面是這么寫(xiě)的：
people.stream()
.sorted((person1, person2) ->
person1.getName().compareTo(person2.getName()));
和上個(gè)世紀(jì)的內(nèi)部類(lèi)的寫(xiě)法比起來(lái)，這種寫(xiě)法簡(jiǎn)直太簡(jiǎn)潔了。不過(guò)如果用了Comparator類(lèi)里面的一些函數(shù)能讓它變得更簡(jiǎn)單，使用這些函數(shù)能夠讓我們更流暢的表述自己的目的。比如說(shuō)，要按名字排序的話，我們可以這么寫(xiě)：
final Function<Person, String> byName = person -> person.getName();
people.stream()
.sorted(comparing(byName));
這段代碼中我們導(dǎo)入了Comparator類(lèi)的靜態(tài)方法comparing()。comparing()方法使用傳入的lambda表達(dá)式來(lái)生成一個(gè)Comparator對(duì)象。也就是說(shuō)，它也是一個(gè)高階函數(shù)，接受一個(gè)函數(shù)入?yún)⒉⒎祷亓硪粋€(gè)函數(shù)。除了能讓語(yǔ)法變得更簡(jiǎn)潔外，這樣的代碼讀起來(lái)也能更好的表述我們想要解決的實(shí)際問(wèn)題。
有了它，進(jìn)行多重比較的時(shí)候也能變得更加流暢。比如，下面這段按名字和年齡比較的代碼就能說(shuō)明一切：
final Function<Person, Integer> byAge = person -> person.getAge();
final Function<Person, String> byTheirName = person -> person.getName();
printPeople("Sorted in ascending order by age and name: ",
people.stream()
.sorted(comparing(byAge).thenComparing(byTheirName))
.collect(toList()));
我們先是創(chuàng)建了兩個(gè)lambda表達(dá)式，一個(gè)返回指定人的年齡，一個(gè)返回的是他的名字。在調(diào)用sorted()方法的時(shí)候我們把這兩個(gè)表達(dá)式組合 到了一起，這樣就能進(jìn)行多個(gè)屬性的比較了。comparing()方法創(chuàng)建并返回了一個(gè)按年齡比較的Comparator ,我們?cè)僬{(diào)用這個(gè)返回的Comparator上面的thenComparing()方法來(lái)創(chuàng)建一個(gè)組合的比較器，它會(huì)對(duì)年齡和名字兩項(xiàng)進(jìn)行比較。下面的輸出是先按年齡再按名字進(jìn)行排序后的結(jié)果。
Sorted in ascending order by age and name:
John - 20
Jane - 21
Sara - 21
Greg - 35
可以看到，使用lambda表達(dá)式和JDK提供的新的工具類(lèi)，可以很容易的將Comparator的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行組合。下面我們來(lái)介紹下Collectors。
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