Java集合操作集锦

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集合是最为常见的容器，在日常工作之中经常用到，一些集合的常规操作以及不同的集合之间的转换，虽然看似是基础中的基础，但实践中会发现并不是那么显而易见的，特别是涉及boxing的时候，这篇就是想总结出一些最优的方式来进行集合操作和转换。

注意：这里集合的意思是容器，是一个更为宽泛的概念，包括数组，列表，Map，Set等。

核心理念

不造轮子，也就是说尽可能的复用JDK里面的函数库，无论是数组结构，还是针对数组结构的操作。

另外，就是尽可能的用函数化，也即是Stream API来完成，因为这更直观，当然这里不能为了用而用，还是要保持代码的简洁和易懂。

另外，集合中存放的都是对象，也就是Object的子类，但对于基础数据如int，float等并不是对象，但集合中难免会存放基础数据，这就涉及了Autoboxing，通常会有一定的性能开销，但最大的麻烦在于有时候在不同的集合中来回转换时autoboxing不起作用，就需要一些额外的操作。

这里为了简化说明，涉及对象的都用String对象，基础数据类型都用int，这样既简单又具体普适代表性。

本文代码所在位置请看这里。

一维集合

包括，数组，列表，Set，以及Queue和Stack。

列表

为啥要先说列表呢，因为列表是最为常用的集合，并且它的函数式操作也是最为容易理解的，所以我们就从它开始。

其他集合转化为列表

Arrays.asList()
List.of()

列表的经典操作

遍历
转化
过滤
折叠
最大值
最小值
求和
求平均值
转化为数组

带有索引来遍历

很多时候，带有索引来遍历列表或者数组很有用，但很不幸，没有直接方法，要不然就只能用for-loop。

最好的方法，就是借助IntStream

IntStream.range(0, names.length)
       .mapToObj(i -> String.format("#%d: %s %d", i, names[i], names[i].length()))
       .forEach(System.out::println);

数组

初始化数组

声明数组时，可以直接使用花括号来初始化，数组的尺寸可以省略，因为编译器能从初始化时推断出来

int[] a = {1, 2, 3};
int[][] b = {
    {1, 2, 3},
    {4, 5, 6},
    {7, 8, 9}
};
String[] names = {"James Harden", "Kevin Durant", "Kyrie Irving"};

如果不能在声明时初始化，那就只能用数组的下标来进行单个赋值了

int[] a = new int[3];
a = {1, 2, 3}; // compile error
a[0] = 1;
a[1] = 2;
a[3] = 3;

数组操作

常用的操作都在System.arraycopy和Arrays
数组通过Arrays.stream()可以直接转为Stream，然后就可以像列表那样直接进行各种操作了

// 数组求和
System.out.println(
        Arrays.stream(a)
                .sum()
);

// 二维数组，找行和最大值
System.out.println(
        Arrays.stream(b)
                .map(row -> Arrays.stream(row).sum())
                .max(Integer::compareTo).get()
);

// 二维数组求和
System.out.println(
        Arrays.stream(b)
                .flatMapToInt(row -> Arrays.stream(row))
                .sum()
);

Arrays.stream(names).forEach(System.out::println);

IntStream.range(0, names.length)
        .mapToObj(i -> String.format("#%d: %s %d", i, names[i], names[i].length()))
        .forEach(System.out::println);
        
// outputs
//6
//24
//45
//James Harden
//Kevin Durant
//Kyrie Irving
//#0: James Harden 12
//#1: Kevin Durant 12
//#2: Kyrie Irving 12

数组转为列表

如果数组的元素是Object，可以直接使用Arrays.asList来转换

List<String> nameList = Arrays.asList(names);
System.out.println(nameList);

 //output
 //[James Harden, Kevin Durant, Kyrie Irving]

但如果数组元素是基础数据，则不能直接使用Arrays.asList

List<Integer> aToList = Arrays.asList(a); // compile error
System.out.println(Arrays.asList(a));
// [[I@38af3868]

对于基础类型，Arrays.asList会把整个数组当成一个对象，结果的列表会变成List of array，也即是一个数组对象的列表，里面每个元素是数组对象，数组本身也是一个Object。这就与预期结果不一样，预期结果应该是List，结果却变成了List<int[]>。

可以用Stream来完成正确的转换。

List<Integer> aToList = Arrays.stream(a)
                            .boxed()
                            .collect(Collectors.toList());
System.out.println(aToList);
// [1, 2, 3]

如果是Java 16，可以直接写成：

List<Integer> aToList = Arrays.stream(a).boxed().toList();

列表转化为数组

一般来说应该尽可能用列表，因为列表是可以自己管理长度，很多时候我们并不知道集合的长度。

但有时候吧，因为接口或者各种原因，它需要的又是数组，这就需要从列表转化为数组。

如果列表里的元素是对象的话，可以直接使用List#toArray，如果是基础类型的话，就需要做一下转换：

String[] nameArray = nameList.toArray(new String[0]);
Arrays.stream(nameArray).forEach(System.out::println);
// James Harden
// Kevin Durant
// Kyrie Irving

int[] aArray =
       aToList.stream()
                  .mapToInt(Integer::intValue)
                  .toArray();
Arrays.stream(aArray).forEach(System.out::println);
//1
//2
//3

二维集合

二维数组（矩阵），嵌套列表，Map，图。

创建和初始化

二维数组的创建和初始化可以参考上面数组的一节，就不重复了，主要就是在声明的时候可以直接初始化。

嵌套列表的创建和初始化

Arrays.asList或者List.of

List<List<String>> lists = Arrays.asList(
        Arrays.asList("James", "Harden"),
        Arrays.asList("Kevin", "Durant"),
        Arrays.asList("Kyrie", "Irving")
);

List<List<Integer>> ageHeights = List.of(
        List.of(35, 200),
        List.of(32, 211),
        List.of(30, 192)
);

System.out.println(lists);
// [[James, Harden], [Kevin, Durant], [Kyrie, Irving]]
System.out.println(ageHeights);
// [[35, 200], [32, 211], [30, 192]]

转化

嵌套列表转化为二维数组

String[][] nameArrays = lists.stream()
        .map(row -> row.toArray(String[]::new))
        .toArray(String[][]::new);
System.out.println(Arrays.deepToString(nameArrays));
// [[James, Harden], [Kevin, Durant], [Kyrie, Irving]]

int[][] ageArrays = ageHeights.stream()
        .map(row -> row.stream().mapToInt(Integer::intValue).toArray())
        .toArray(int[][]::new);
System.out.println(Arrays.deepToString(ageArrays));
// [[35, 200], [32, 211], [30, 192]]

二维数组转化为列表

这里又分两种情况，一种是把二维数组展平为一维列表，另外，就是转化为嵌套列表

二维数组展平为一维列表

List<String> nameList = Arrays.stream(nameArrays)
        .flatMap(Arrays::stream)
        .collect(Collectors.toList());
System.out.println(nameList);
// [James, Harden, Kevin, Durant, Kyrie, Irving]

List<Integer> ageList = Arrays.stream(ageArrays)
        .flatMapToInt(Arrays::stream)
        .mapToObj(Integer::valueOf)
        .collect(Collectors.toList());
System.out.println(ageList);
// [35, 200, 32, 211, 30, 192]

二维数组转化为嵌套列表
有了前面一维的方法，这个就好办了，无非就是多一层转换

List<List<String>> nameNList = Arrays.stream(nameArrays)
        .map(Arrays::asList)
        .collect(Collectors.toList());
System.out.println(nameNList);
// [[James, Harden], [Kevin, Durant], [Kyrie, Irving]]

List<List<Integer>> ageNList = Arrays.stream(ageArrays)
        .map(row -> Arrays.stream(row).boxed().collect(Collectors.toList()))
        .collect(Collectors.toList());
System.out.println(ageNList);
// [[35, 200], [32, 211], [30, 192]]

数组列表转化为二维数组

有些时候会有一些数组列表，也就是外层是一个列表，但每个元素都是一个数组，这时如果想转成二维数组，就可以直接用链式来转就行了。

        List<int[]> list = new ArrayList<>();
        list.add(new int[] {1, 2});
        list.add(new int[] {3, 4});
        list.add(new int[] {5, 6});

        int[][] matrix = list.stream().toArray(int[][]::new);
        // 或者直接用toArray，列表有此方法 list.toArray(int[][]::new)
        System.out.println(Arrays.deepToString(matrix));
        // [[1, 2], [3, 4], [5, 6]]

Map操作和转化

Map也是非常常用的数组结构，它的特点是键值的映射关系，优点是快速查询、删除和修改，能达到常数O（1）级别，在日常使用中特别常见。

Map的遍历

遍历有很多方法，这里列出四种最常见的遍历方式

forEach，里面lambda的参数是key, value键值对
通过entrySet，这里是把entry转化为一个Set
通过keySet，把所有的Key转成一个Set
通过values，把所有的Value，转成一个Collection类型。

Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("Guard", "James Harden");
map.put("Forward", "Kevin Durant");
map.put("Point Guard", "Kyrie Irving");

map.forEach(
         (k, v) -> System.out.println(k + " -> " + v)
);

map.entrySet().forEach(entry -> System.out.println(entry.getKey() + " -> " + entry.getValue()));

map.keySet().forEach(System.out::println);

map.values().stream().forEach(System.out::println);

当然还有基础的遍历方法，如用for-loop或者用Iterator，就不重复了，网上一搜一大把。

Map转成列表

Map毕竟是二维数组结构，它里面有key和value，列表是一维数组，在转化的过程，涉及选择key还是选择value，要依实际目的决定。

而且需要注意的是Map并没有直接生成stream的方法，要想使用Stream API只能使用entrySet().stream()。

List<String> guards = map.entrySet().stream()
                .filter(entry -> entry.getKey().contains("Guard"))
                .map(Map.Entry::getValue)
                .collect(Collectors.toList());
System.out.println(guards);
// [James Harden, Kyrie Irving]

List<String> positions = map.keySet().stream().collect(Collectors.toList());
System.out.println(positions);
// [Forward, Guard, Point Guard]

List<String> players = map.values().stream().collect(Collectors.toList());
System.out.println(players);
// [Kevin Durant, James Harden, Kyrie Irving]

Map转成数组

可以把key, value转成数组，也可以把key和value转成数组。

String[] keyArray = map.keySet().toArray(String[]::new);
System.out.println(Arrays.deepToString(keyArray));
// [Forward, Guard, Point Guard]
String[] valueArray = map.values().toArray(String[]::new);
System.out.println(Arrays.deepToString(valueArray));
// [Kevin Durant, James Harden, Kyrie Irving]