Java 8 – 与Lambdas的强大对比

1.概述

在本教程中，我们将初步了解Java 8中的Lambda支持，特别是如何利用它来编写Comparator，并对Collection进行排序。

这篇文章是Baeldung网站上"Java - Back to Basic "系列的一部分。

首先，让我们来定义一个简单的实体类：

public class Human {
    private String name;
    private int age;

    // standard constructors, getters/setters, equals and hashcode
}

2.不使用Lambdas的基本排序

在Java 8之前，对一个集合进行排序需要为排序中使用的Comparator创建一个匿名的内层类：

new Comparator<Human>() {
    @Override
    public int compare(Human h1, Human h2) {
        return h1.getName().compareTo(h2.getName());
    }
}

这将简单地被用来对Human实体的List进行排序：

@Test
public void givenPreLambda_whenSortingEntitiesByName_thenCorrectlySorted() {
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(
      new Human("Sarah", 10), 
      new Human("Jack", 12)
    );
    
    Collections.sort(humans, new Comparator<Human>() {
        @Override
        public int compare(Human h1, Human h2) {
            return h1.getName().compareTo(h2.getName());
        }
    });
    Assert.assertThat(humans.get(0), equalTo(new Human("Jack", 12)));
}

3.支持Lambda的基本排序

随着Lambdas的引入，我们现在可以绕过匿名内类，以简单的函数式语义实现同样的结果：

(final Human h1, final Human h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName());

同样地，我们现在可以像以前一样测试行为：

@Test
public void whenSortingEntitiesByName_thenCorrectlySorted() {
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(
      new Human("Sarah", 10), 
      new Human("Jack", 12)
    );
    
    humans.sort(
      (Human h1, Human h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName()));
 
    assertThat(humans.get(0), equalTo(new Human("Jack", 12)));
}

注意，我们还使用了新的sort API，该API在Java 8中被添加到java.util.List中，而不是旧的Collections.sort API。

4.没有类型定义的基本排序

我们可以通过不指定类型定义来进一步简化表达式；编译器能够自行推断出这些类型：

(h1, h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName())

同样，测试仍然非常相似：

@Test
public void 
  givenLambdaShortForm_whenSortingEntitiesByName_thenCorrectlySorted() {
    
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(
      new Human("Sarah", 10), 
      new Human("Jack", 12)
    );
    
    humans.sort((h1, h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName()));
 
    assertThat(humans.get(0), equalTo(new Human("Jack", 12)));
}

5.使用对静态方法的引用进行排序

接下来，我们将使用一个Lambda表达式来执行排序，该表达式有一个对静态方法的引用。

首先，我们要在一个Comparator<Human>对象中定义方法compareByNameThenAge，其签名与compare方法完全相同：

public static int compareByNameThenAge(Human lhs, Human rhs) {
    if (lhs.name.equals(rhs.name)) {
        return Integer.compare(lhs.age, rhs.age);
    } else {
        return lhs.name.compareTo(rhs.name);
    }
}

然后，我们要用这个引用来调用humans.sort方法：

humans.sort(Human::compareByNameThenAge);

最终的结果是使用静态方法作为Comparator对集合进行了有效的排序：

@Test
public void 
  givenMethodDefinition_whenSortingEntitiesByNameThenAge_thenCorrectlySorted() {
    
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(
      new Human("Sarah", 10), 
      new Human("Jack", 12)
    );
    
    humans.sort(Human::compareByNameThenAge);
    Assert.assertThat(humans.get(0), equalTo(new Human("Jack", 12)));
}

6.对提取的比较器进行分类

我们还可以通过使用实例方法引用和Comparator.comparing方法，提取并创建一个基于该函数的Comparable，从而避免甚至定义比较逻辑本身。

我们将使用getter getName()来构建Lambda表达式，并按名称对列表进行排序：

@Test
public void 
  givenInstanceMethod_whenSortingEntitiesByName_thenCorrectlySorted() {
    
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(
      new Human("Sarah", 10), 
      new Human("Jack", 12)
    );
    
    Collections.sort(
      humans, Comparator.comparing(Human::getName));
    assertThat(humans.get(0), equalTo(new Human("Jack", 12)));
}

7.反向排序

JDK 8还引入了一个用于反转比较器的辅助方法。我们可以快速使用该方法来反转我们的排序：

@Test
public void whenSortingEntitiesByNameReversed_thenCorrectlySorted() {
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(
      new Human("Sarah", 10), 
      new Human("Jack", 12)
    );
    
    Comparator<Human> comparator
      = (h1, h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName());
    
    humans.sort(comparator.reversed());
 
    Assert.assertThat(humans.get(0), equalTo(new Human("Sarah", 10)));
}

8.用多个条件进行排序

比较lambda表达式不需要这么简单。我们也可以写更复杂的表达式，例如，先按名字，然后按年龄对实体进行排序：

@Test
public void whenSortingEntitiesByNameThenAge_thenCorrectlySorted() {
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(
      new Human("Sarah", 12), 
      new Human("Sarah", 10), 
      new Human("Zack", 12)
    );
    
    humans.sort((lhs, rhs) -> {
        if (lhs.getName().equals(rhs.getName())) {
            return Integer.compare(lhs.getAge(), rhs.getAge());
        } else {
            return lhs.getName().compareTo(rhs.getName());
        }
    });
    Assert.assertThat(humans.get(0), equalTo(new Human("Sarah", 10)));
}

9.用多个条件排序 – 组成

同样的比较逻辑，先按姓名排序，再按年龄排序，也可以通过对Comparator的新组合支持来实现。

从JDK 8开始，我们现在可以将多个比较器连锁在一起，以建立更复杂的比较逻辑：

@Test
public void 
  givenComposition_whenSortingEntitiesByNameThenAge_thenCorrectlySorted() {
    
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(
      new Human("Sarah", 12), 
      new Human("Sarah", 10), 
      new Human("Zack", 12)
    );

    humans.sort(
      Comparator.comparing(Human::getName).thenComparing(Human::getAge)
    );
    
    Assert.assertThat(humans.get(0), equalTo(new Human("Sarah", 10)));
}

10.用Stream.sorted()对列表进行排序

我们也可以使用Java 8的Stream sorted() API来对一个集合进行排序。

我们可以使用自然排序，以及由比较器提供的排序对流进行排序。为此，我们有两个重载的sorted() API变体：

• sorted() – 使用自然排序对Stream的元素进行排序；元素类必须实现Comparable接口。
• sorted(Comparator<? super T>comparator) –根据一个比较器实例对元素进行排序。

让我们来看看如何使用带有自然排序的sorted()方法的例子：

@Test
public final void 
  givenStreamNaturalOrdering_whenSortingEntitiesByName_thenCorrectlySorted() {
    List<String> letters = Lists.newArrayList("B", "A", "C");
	
    List<String> sortedLetters = letters.stream().sorted().collect(Collectors.toList());
    assertThat(sortedLetters.get(0), equalTo("A"));
}

现在让我们看看我们如何使用一个自定义的比较器与sorted()API：

@Test
public final void 
  givenStreamCustomOrdering_whenSortingEntitiesByName_thenCorrectlySorted() {	
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(new Human("Sarah", 10), new Human("Jack", 12));
    Comparator<Human> nameComparator = (h1, h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName());
	
    List<Human> sortedHumans = 
      humans.stream().sorted(nameComparator).collect(Collectors.toList());
    assertThat(sortedHumans.get(0), equalTo(new Human("Jack", 12)));
}

如果我们使用Comparator.comparing()方法，我们可以进一步简化上面的例子：

@Test
public final void 
  givenStreamComparatorOrdering_whenSortingEntitiesByName_thenCorrectlySorted() {
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(new Human("Sarah", 10), new Human("Jack", 12));
 
    List<Human> sortedHumans = humans.stream()
      .sorted(Comparator.comparing(Human::getName))
      .collect(Collectors.toList());
      
    assertThat(sortedHumans.get(0), equalTo(new Human("Jack", 12)));
}

11.用Stream.sorted()对列表进行逆向排序

我们也可以使用Stream.sorted()来对一个集合进行逆向排序。

首先，让我们看一个例子，如何结合sorted()方法和Comparator.reverseOrder()来对一个列表进行逆向自然排序：

@Test
public final void 
  givenStreamNaturalOrdering_whenSortingEntitiesByNameReversed_thenCorrectlySorted() {
    List<String> letters = Lists.newArrayList("B", "A", "C");

    List<String> reverseSortedLetters = letters.stream()
      .sorted(Comparator.reverseOrder())
      .collect(Collectors.toList());
      
    assertThat(reverseSortedLetters.get(0), equalTo("C"));
}

现在让我们看看如何使用sorted()方法和一个自定义的Comparator：

@Test
public final void 
  givenStreamCustomOrdering_whenSortingEntitiesByNameReversed_thenCorrectlySorted() {
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(new Human("Sarah", 10), new Human("Jack", 12));
    Comparator<Human> reverseNameComparator = 
      (h1, h2) -> h2.getName().compareTo(h1.getName());

    List<Human> reverseSortedHumans = humans.stream().sorted(reverseNameComparator)
      .collect(Collectors.toList());
    assertThat(reverseSortedHumans.get(0), equalTo(new Human("Sarah", 10)));
}

请注意，compareTo的调用是翻转的，这就是负责反转的原因。

最后，让我们通过使用Comparator.comparing()方法来简化上面的例子：

@Test
public final void 
  givenStreamComparatorOrdering_whenSortingEntitiesByNameReversed_thenCorrectlySorted() {
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(new Human("Sarah", 10), new Human("Jack", 12));

    List<Human> reverseSortedHumans = humans.stream()
      .sorted(Comparator.comparing(Human::getName, Comparator.reverseOrder()))
      .collect(Collectors.toList());
    
    assertThat(reverseSortedHumans.get(0), equalTo(new Human("Sarah", 10)));
}

12.空值

到目前为止，我们实现了我们的Comparator的方式，它们不能对含有null 值的集合进行排序。也就是说，如果集合中至少有一个null 元素，那么sort 方法就会抛出NullPointerException：

@Test(expected = NullPointerException.class)
public void givenANullElement_whenSortingEntitiesByName_thenThrowsNPE() {
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(null, new Human("Jack", 12));

    humans.sort((h1, h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName()));
}

最简单的解决方案是在我们的Comparator 实现中手动处理null 值：

@Test
public void givenANullElement_whenSortingEntitiesByNameManually_thenMovesTheNullToLast() {
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(null, new Human("Jack", 12), null);

    humans.sort((h1, h2) -> {
        if (h1 == null) {
            return h2 == null ? 0 : 1;
        }
        else if (h2 == null) {
            return -1;
        }
        return h1.getName().compareTo(h2.getName());
    });

    Assert.assertNotNull(humans.get(0));
    Assert.assertNull(humans.get(1));
    Assert.assertNull(humans.get(2));
}

在这里，我们要把所有null 元素推到集合的最后。为了做到这一点，比较器认为null比非空值要大。当两者都是null时，它们被认为是相等的。

此外，我们可以将任何比较器不为零的东西传入Comparator.nullsLast() 方法，并实现同样的结果：

@Test
public void givenANullElement_whenSortingEntitiesByName_thenMovesTheNullToLast() {
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(null, new Human("Jack", 12), null);

    humans.sort(Comparator.nullsLast(Comparator.comparing(Human::getName)));

    Assert.assertNotNull(humans.get(0));
    Assert.assertNull(humans.get(1));
    Assert.assertNull(humans.get(2));
}

同样地，我们可以使用Comparator.nullsFirst()将null 元素移到集合的开始位置：

@Test
public void givenANullElement_whenSortingEntitiesByName_thenMovesTheNullToStart() {
    List<Human> humans = Lists.newArrayList(null, new Human("Jack", 12), null);

    humans.sort(Comparator.nullsFirst(Comparator.comparing(Human::getName)));

    Assert.assertNull(humans.get(0));
    Assert.assertNull(humans.get(1));
    Assert.assertNotNull(humans.get(2));
}

强烈建议使用nullsFirst() 或nullsLast() 装饰器，因为它们更灵活，可读性更强。

13.结语

本文介绍了使用Java 8 Lambda 表达式对List进行排序的各种令人兴奋的方式，直接超越了语法糖块，进入了真正的、强大的功能语义。

所有这些例子和代码片断的实现都可以在GitHub上找到。