使用 Lambda 表达式实现超强的排序功能

我们在系统开发过程中,对数据排序是很常见的场景。一般来说,我们可以采用两种方式:
借助存储系统(SQL、NoSQL、NewSQL 都支持)的排序功能,查询的结果即是排好序的结果
查询结果为无序数据,在内存中排序。
今天要说的是第二种排序方式,在内存中实现数据排序。
首先,我们定义一个基础类,后面我们将根据这个基础类演示如何在内存中排序。
@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class Student {

private String name; private int age; @Override public boolean equals(Object o) { if (this == o) { return true; } if (o == null || getClass() != o.getClass()) { return false; } Student student = (Student) o; return age == student.age && Objects.equals(name, student.name); }@Override public int hashCode() { return Objects.hash(name, age); }

}
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基于Comparator排序
在 Java8 之前,我们都是通过实现Comparator接口完成排序,比如:
new Comparator() {
@Override public int compare(Student h1, Student h2) { return h1.getName().compareTo(h2.getName()); }

};
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这里展示的是匿名内部类的定义,如果是通用的对比逻辑,可以直接定义一个实现类。使用起来也比较简单,如下就是应用:
@Test
void baseSortedOrigin() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student("Tom", 10), new Student("Jerry", 12) ); Collections.sort(students, new Comparator() { @Override public int compare(Student h1, Student h2) { return h1.getName().compareTo(h2.getName()); } }); Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));

}
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这里使用了 Junit5 实现单元测试,用来验证逻辑非常适合。
因为定义的Comparator是使用name字段排序,在 Java 中,String类型的排序是通过单字符的 ASCII 码顺序判断的,J排在T的前面,所以Jerry排在第一个。
使用 Lambda 表达式替换Comparator匿名内部类
使用过 Java8 的 Lamdba 的应该知道,匿名内部类可以简化为 Lambda 表达式为:
Collections.sort(students, (Student h1, Student h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName()));
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在 Java8 中,List类中增加了sort方法,所以Collections.sort可以直接替换为:
【使用 Lambda 表达式实现超强的排序功能】students.sort((Student h1, Student h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName()));
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根据 Java8 中 Lambda 的类型推断,我们可以将指定的Student类型简写:
students.sort((h1, h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName()));
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至此,我们整段排序逻辑可以简化为:
@Test
void baseSortedLambdaWithInferring() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student("Tom", 10), new Student("Jerry", 12) ); students.sort((h1, h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName())); Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));

}
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通过静态方法抽取公共的 Lambda 表达式
我们可以在Student中定义一个静态方法:
public static int compareByNameThenAge(Student s1, Student s2) {
if (s1.name.equals(s2.name)) { return Integer.compare(s1.age, s2.age); } else { return s1.name.compareTo(s2.name); }

}
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这个方法需要返回一个int类型参数,在 Java8 中,我们可以在 Lambda 中使用该方法:
@Test
void sortedUsingStaticMethod() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student("Tom", 10), new Student("Jerry", 12) ); students.sort(Student::compareByNameThenAge); Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));

}
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借助Comparator的comparing方法
在 Java8 中,Comparator类新增了comparing方法,可以将传递的Function参数作为比较元素,比如:
@Test
void sortedUsingComparator() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student("Tom", 10), new Student("Jerry", 12) ); students.sort(Comparator.comparing(Student::getName)); Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));

}
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多条件排序
我们在静态方法一节中展示了多条件排序,还可以在Comparator匿名内部类中实现多条件逻辑:
@Test
void sortedMultiCondition() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student("Tom", 10), new Student("Jerry", 12), new Student("Jerry", 13) ); students.sort((s1, s2) -> { if (s1.getName().equals(s2.getName())) { return Integer.compare(s1.getAge(), s2.getAge()); } else { return s1.getName().compareTo(s2.getName()); } }); Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));

}
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从逻辑来看,多条件排序就是先判断第一级条件,如果相等,再判断第二级条件,依次类推。在 Java8 中可以使用comparing和一系列thenComparing表示多级条件判断,上面的逻辑可以简化为:
@Test
void sortedMultiConditionUsingComparator() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student("Tom", 10), new Student("Jerry", 12), new Student("Jerry", 13) ); students.sort(Comparator.comparing(Student::getName).thenComparing(Student::getAge)); Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));

}
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这里的thenComparing方法是可以有多个的,用于表示多级条件判断,这也是函数式编程的方便之处。
在Stream中进行排序
Java8 中,不但引入了 Lambda 表达式,还引入了一个全新的流式 API:Stream API,其中也有sorted方法用于流式计算时排序元素,可以传入Comparator实现排序逻辑:
@Test
void streamSorted() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student("Tom", 10), new Student("Jerry", 12) ); final Comparator comparator = (h1, h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName()); final List sortedStudents = students.stream() .sorted(comparator) .collect(Collectors.toList()); Assertions.assertEquals(sortedStudents.get(0), new Student("Jerry", 12));

}
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同样的,我们可以通过 Lambda 简化书写:
@Test
void streamSortedUsingComparator() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student("Tom", 10), new Student("Jerry", 12) ); final Comparator comparator = Comparator.comparing(Student::getName); final List sortedStudents = students.stream() .sorted(comparator) .collect(Collectors.toList()); Assertions.assertEquals(sortedStudents.get(0), new Student("Jerry", 12));

}
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倒序排列
调转排序判断
排序就是根据compareTo方法返回的值判断顺序,如果想要倒序排列,只要将返回值取返即可:
@Test
void sortedReverseUsingComparator2() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student("Tom", 10), new Student("Jerry", 12) ); final Comparator comparator = (h1, h2) -> h2.getName().compareTo(h1.getName()); students.sort(comparator); Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Tom", 10));

}
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可以看到,正序排列的时候,我们是h1.getName().compareTo(h2.getName()),这里我们直接倒转过来,使用的是h2.getName().compareTo(h1.getName()),也就达到了取反的效果。在 Java 的Collections中定义了一个java.util.Collections.ReverseComparator内部私有类,就是通过这种方式实现元素反转。
借助Comparator的reversed方法倒序
在 Java8 中新增了reversed方法实现倒序排列,用起来也是很简单:
@Test
void sortedReverseUsingComparator() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student("Tom", 10), new Student("Jerry", 12) ); final Comparator comparator = (h1, h2) -> h1.getName().compareTo(h2.getName()); students.sort(comparator.reversed()); Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Tom", 10));

}
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在Comparator.comparing中定义排序反转
comparing方法还有一个重载方法,java.util.Comparator#comparing(java.util.function.Function, java.util.Comparator),第二个参数就可以传入Comparator.reverseOrder(),可以实现倒序:
@Test
void sortedUsingComparatorReverse() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student("Tom", 10), new Student("Jerry", 12) ); students.sort(Comparator.comparing(Student::getName, Comparator.reverseOrder())); Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Jerry", 12));

}
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在Stream中定义排序反转
在Stream中的操作与直接列表排序类似,可以反转Comparator定义,也可以使用Comparator.reverseOrder()反转。实现如下:
@Test
void streamReverseSorted() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student("Tom", 10), new Student("Jerry", 12) ); final Comparator comparator = (h1, h2) -> h2.getName().compareTo(h1.getName()); final List sortedStudents = students.stream() .sorted(comparator) .collect(Collectors.toList()); Assertions.assertEquals(sortedStudents.get(0), new Student("Tom", 10));

}
@Test
void streamReverseSortedUsingComparator() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student("Tom", 10), new Student("Jerry", 12) ); final List sortedStudents = students.stream() .sorted(Comparator.comparing(Student::getName, Comparator.reverseOrder())) .collect(Collectors.toList()); Assertions.assertEquals(sortedStudents.get(0), new Student("Tom", 10));

}
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null 值的判断
前面的例子中都是有值元素排序,能够覆盖大部分场景,但有时候我们还是会碰到元素中存在null的情况:
列表中的元素是 null
列表中的元素参与排序条件的字段是 null
如果还是使用前面的那些实现,我们会碰到NullPointException异常,即 NPE,简单演示一下:
@Test
void sortedNullGotNPE() {
final List students = Lists.newArrayList( null, new Student("Snoopy", 12), null ); Assertions.assertThrows(NullPointerException.class, () -> students.sort(Comparator.comparing(Student::getName)));

}
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所以,我们需要考虑这些场景。
元素是 null 的笨拙实现
最先想到的就是判空:
@Test
void sortedNullNoNPE() {
final List students = Lists.newArrayList( null, new Student("Snoopy", 12), null ); students.sort((s1, s2) -> { if (s1 == null) { return s2 == null ? 0 : 1; } else if (s2 == null) { return -1; } return s1.getName().compareTo(s2.getName()); }); Assertions.assertNotNull(students.get(0)); Assertions.assertNull(students.get(1)); Assertions.assertNull(students.get(2));

}
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我们可以将判空的逻辑抽取出一个Comparator,通过组合方式实现:
class NullComparator implements Comparator {
private final Comparator real; NullComparator(Comparator real) { this.real = (Comparator) real; }@Override public int compare(T a, T b) { if (a == null) { return (b == null) ? 0 : 1; } else if (b == null) { return -1; } else { return (real == null) ? 0 : real.compare(a, b); } }

}
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在 Java8 中已经为我们准备了这个实现。
使用Comparator.nullsLast和Comparator.nullsFirst
使用Comparator.nullsLast实现null在结尾:
@Test
void sortedNullLast() {
final List students = Lists.newArrayList( null, new Student("Snoopy", 12), null ); students.sort(Comparator.nullsLast(Comparator.comparing(Student::getName))); Assertions.assertNotNull(students.get(0)); Assertions.assertNull(students.get(1)); Assertions.assertNull(students.get(2));

}
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使用Comparator.nullsFirst实现null在开头:
@Test
void sortedNullFirst() {
final List students = Lists.newArrayList( null, new Student("Snoopy", 12), null ); students.sort(Comparator.nullsFirst(Comparator.comparing(Student::getName))); Assertions.assertNull(students.get(0)); Assertions.assertNull(students.get(1)); Assertions.assertNotNull(students.get(2));

}
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是不是很简单,接下来我们看下如何实现排序条件的字段是 null 的逻辑。
排序条件的字段是 null
这个就是借助Comparator的组合了,就像是套娃实现了,需要使用两次Comparator.nullsLast,这里列出实现:
@Test
void sortedNullFieldLast() {
final List students = Lists.newArrayList( new Student(null, 10), new Student("Snoopy", 12), null ); final Comparator nullsLast = Comparator.nullsLast( Comparator.nullsLast( // 1 Comparator.comparing( Student::getName, Comparator.nullsLast( // 2 Comparator.naturalOrder() // 3 ) ) ) ); students.sort(nullsLast); Assertions.assertEquals(students.get(0), new Student("Snoopy", 12)); Assertions.assertEquals(students.get(1), new Student(null, 10)); Assertions.assertNull(students.get(2));

}
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代码逻辑如下:
代码 1 是第一层 null-safe 逻辑,用于判断元素是否为 null;
代码 2 是第二层 null-safe 逻辑,用于判断元素的条件字段是否为 null;
代码 3 是条件Comparator,这里使用了Comparator.naturalOrder(),是因为使用了String排序,也可以写为String::compareTo。如果是复杂判断,可以定义一个更加复杂的Comparator,组合模式就是这么好用,一层不够再套一层。
文末总结
本文演示了使用 Java8 中使用 Lambda 表达式实现各种排序逻辑,新增的语法糖真香。
青山不改,绿水长流,我们下次见。
最后
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