Java8（3）：Java8 中 Map 接口的新方法

我們提一個需求：給定一個 List<String>，統計每個元素出現的所有位置。

比如，給定 list：["a", "b", "b", "c", "c", "c", "d", "d", "d", "f", "f", "g"] ，那么應該返回：

a : [0]
b : [1, 2]
c : [3, 4, 5]
d : [6, 7, 8]
f : [9, 10]
g : [11]

很明顯，我們很適合使用 Map 來完成這件事情：

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 還不存在 str 這個鍵及其對應的 List<Integer>
            positions = new ArrayList<>(1);
            positionsMap.put(str, positions); // 將 str 及其對應的 positions 放入 positionsMap
        }

        positions.add(i); // 將索引加入 str 相關聯的 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);
}

運行結果：

Java8 之前 API 的運行結果

Java8 時，Map<K, V> 接口添加了一個新的方法，putIfAbsent(K key, V value)，功能是：
如果當前 Map 不存在鍵 key 或者該 key 關聯的值為 null，那么就執行 put(key, value)；否則，便不執行 put 操作。該方法等價于如下代碼：

putIfAbsent 的等價代碼

（題外話：putIfAbsent 方法與 put 方法一樣，返回的是方法調用之前與參數 key 相關聯的 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 不存在鍵 str 或者 str 關聯的 List<Integer> 為 null，那么就會進行 put；否則不執行 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);
}

運行結果：

使用 putIfAbsent 的運行結果

可以看到使用 putIfAbsent 之后的 getElementPositions 簡潔了一點，那還能更簡潔嗎？

查看 Map 接口的方法，可以發現在 JDK1.8 時，還添加了如下兩個方法：

compute 方法 和 computeIfAbsent 方法

查看 compute 方法的 API 文檔，可以發現 compute 方法與如下代碼等價

 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 原來的 key 不存在 Map 中或該 key 關聯的 value 為 null
    if (newValue != null)
       map.put(key, newValue);
    else
       return null;
 }

compute 方法和原來 put 方法的區別在于：

put(K key, V value) 方法，如果 key 在 Map 中不存在，那么直接加入；如果已經存在，那么使用新的 value 替換舊的 value；

而 compute(K key, BiFunction remappingFunction) 方法可以通過一個 BiFunction 來計算出新的 value，BiFunction 的參數為舊的 key 和 value，返回計算出新的 value —— 與 put 方法不同，compute 方法返回的會是最新的與 key 相關聯的 value，而不是舊的 value。
所以可以使用 compute 方法改寫 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 如果當前的 value 為 null，那么 該 BiFunction 的返回值為 new ArrayList<>(1)；如果不為 null，那么返回值便是本身。而且因為 compute 方法會返回新的 value —— 此時便是與 list.get(i)（key） 相關聯的 ArrayList —— 所以我們可以直接調用其 add 方法。

運行結果：

使用 compute 的運行結果

很棒~ 還能更簡潔嗎？ 我們再看看 computeIfAbsent 方法：
computeIfAbsent 和 compute 的關系，就類似于 putIfAbsent 和 put的關系：
computeIfAbsent 在 key 不在 Map 中或者與 key 相關聯的 value 為 null 時，才執行通過函數計算新 value 的操作，否則不執行；computeIfAbsent 的返回值也是與 key 相關聯的最新的 value。其默認實現如下：

computeIfAbsent 的默認實現

與 compute 不同，computeIfAbsent 接受的函數操作是 Function 而不是 BiFunction —— 這很好理解，computeIfAbsent 只在 key 不在 Map 中或者與 key 相關聯的 value 為 null 時才執行函數操作，那么顯然此時與 key 相關的 value 為 null，所以 computeIfAbsent 只接受 Function 作為參數即可 —— 該 Function 可以使用 key 作為參數計算出新的 value。使用 computeIfAbsent 改寫 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);
}

運行結果：

使用 computeIfAbsent 的運行結果

事實上，本文使用 putIfAbsent 時是存在問題的，positionsMap.putIfAbsent(str, new ArrayList<>(1));這句代碼每次調用時都會產生一個臨時的 ArrayList —— 當遍歷的 List<String> 較大時，這可能會帶來一定的負面影響；相比之下 compute 和 computeIfAbsent 的好處在于，它們接受的參數為函數，只會在必要時才使用函數進行計算得出新 value。在本文類似需求的情況下，就適用性和簡潔性而言，computeIfAbsent 要優于 compute。在 JDK1.8 的 API 文檔中，也說到在需要生成一個類似于 Map<K, Collection<V>> 的結構時，computeIfAbsent 很適合這種情況：

computeIfAbsent 的 JavaDoc 文檔

那 compute 方法適用于什么情況呢？從前面的介紹可知，compute 方法更適用于更新 key 關聯的 value 時，新值依賴于舊值的情況 —— 比如統計一個 List<String> 中每個元素出現的次數：

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)); // 此時：新值 = 舊值 + 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 計算元素出現的次數：");
    Map<String, Integer> counts = getElementCounts(list);
    System.out.println(counts);
}

運行結果：

使用 compute 計算元素出現的次數

Java8 中還為 Map 添加了一些其他方便于編碼的新方法，請有興趣的讀者繼續發掘。

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