深入了解Java 8 Stream中的groupby方法

Java 8 引入的 Stream API 對於集合的操作提供了一種新的方式，包括篩選，分組和映射等。Stream API 中的 groupby 方法可以將一個 Stream 中的元素分組為一個 Map ，以實現更高效的聚合和操作。本文將從多個方面對 Stream 中的 groupby 進行詳細講解。

一、基本用法

Stream 中的 groupby 方法可以在一個 Stream 中根據給定的分類器對元素進行分組，以生成一個 Map 。示例代碼如下：

List people = Arrays.asList(
    new Person("John", 23),
    new Person("Alice", 25),
    new Person("John", 28)
);

Map<String, List> peopleByNames = 
    people.stream()
          .collect(Collectors.groupingBy(Person::getName));

System.out.println(peopleByNames);
// 輸出結果：{John=[Person{name='John', age=23}, Person{name='John', age=28}], Alice=[Person{name='Alice', age=25}]}

上面的代碼中，我們先定義了一個 Person 類，並創建了一個包含三個 Person 實例的 List 對象。我們接着通過 Stream API 中的 groupingBy 方法，對這個 List 對象進行分組，將相同名字的 Person 實例放在同一個 List 對象中，生成一個 Map 對象。在上面的示例中可以看出，同名的 John 實例被分為了同一組，而 Alice 則獨自成組。

二、自定義分組規則

默認情況下，groupby 方法將使用元素對象本身作為 Map 的 key 進行分組，但是有時候可能需要自己定義自己的分組邏輯。可以通過使用 Collectors 中的 groupingBy 方法並傳遞自己的分類函數來實現這一點。示例代碼如下：

List people = Arrays.asList(
        new Person("John", 23),
        new Person("Alice", 25),
        new Person("Paul", 28)
);

Map<Boolean, List> peopleByAge = 
        people.stream()
              .collect(Collectors.groupingBy(p -> p.getAge() > 25));

System.out.println(peopleByAge);
// 輸出結果：{false=[Person{name='John', age=23}, Person{name='Alice', age=25}], true=[Person{name='Paul', age=28}]}

在上面的代碼中，我們定義了一個分類函數，根據 Person 實例的 age 屬性判斷是否大於 25 ，如果大於，則分到 true 分組，否則分到 false 分組。運行後可以看到，分組的結果正確，分組規則也與預期一致。

三、多級分組

groupby 方法不僅可以進行單一的分組，還可以進行多級分組，可以根據傳遞給 groupingBy 方法的參數數量來進行分組。示例代碼如下：

List people = Arrays.asList(
        new Person("John", 23),
        new Person("Alice", 25),
        new Person("Paul", 28),
        new Person("John", 29),
        new Person("Alice", 21)
);

Map<String, Map<Integer, List>> peopleByNameAndAge = 
        people.stream()
              .collect(Collectors.groupingBy(Person::getName, Collectors.groupingBy(Person::getAge)));

System.out.println(peopleByNameAndAge);
// 輸出結果：{Alice={21=[Person{name='Alice', age=21}], 25=[Person{name='Alice', age=25}]}, John={23=[Person{name='John', age=23}], 29=[Person{name='John', age=29}]}, Paul={28=[Person{name='Paul', age=28}]}}

在上面的代碼中，我們對 person 列表進行了兩層分組，首先按照名字進行分組，然後在每個名字的分組中再按照年齡進行分組。此時，peopleByNameAndAge 對象的 key 值是名字，value 值則是按照年齡分組的 Map 對象。最終的結果顯示為了一個分層的 Map，其中每個元素都是一個二級 Map 對象。

四、將分組結果收集到指定類型的容器

默認情況下，groupby 方法將分組結果收集到一個 Map 中，如果需要將結果收集到特定類型的容器中，比如 Set 對象，可以使用 Collectors 中的 toCollection 方法。示例代碼如下：

List people = Arrays.asList(
    new Person("John", 23),
    new Person("Alice", 25),
    new Person("John", 28),
    new Person("Paul", 28),
    new Person("Alice", 21)
);

Map<String, Set> peopleSetByName = 
    people.stream()
          .collect(Collectors.groupingBy(Person::getName, Collectors.toCollection(TreeSet::new)));

System.out.println(peopleSetByName);
// 輸出結果：{Alice=[Person{name='Alice', age=21}, Person{name='Alice', age=25}], John=[Person{name='John', age=23}, Person{name='John', age=28}], Paul=[Person{name='Paul', age=28}]}

在上面的代碼中，我們使用 toCollection 方法將 Set 的實例化由默認的 HashSet 更改為了 TreeSet，以便讓收集到的結果按照自然排序的順序排列。

五、將分組結果按照大小排序

對於分組結果中的集合對象，可以使用 sorted 方法對其進行排序。示例代碼如下：

List people = Arrays.asList(
        new Person("John", 23),
        new Person("Alice", 25),
        new Person("John", 28),
        new Person("Paul", 28),
        new Person("Alice", 21)
);

Map<String, List> peopleSortedByAge = 
        people.stream()
              .collect(Collectors.groupingBy(Person::getName, 
                         Collectors.mapping(Function.identity(), 
                                            Collectors.toList())))
              .entrySet()
              .stream()
              .map(e -> new AbstractMap.SimpleEntry(e.getKey(), e.getValue().stream().sorted(Comparator.comparingInt(Person::getAge)).collect(Collectors.toList())))
              .collect(Collectors.toMap(AbstractMap.SimpleEntry::getKey, AbstractMap.SimpleEntry::getValue));

System.out.println(peopleSortedByAge);
// 輸出結果：{Alice=[Person{name='Alice', age=21}, Person{name='Alice', age=25}], John=[Person{name='John', age=23}, Person{name='John', age=28}], Paul=[Person{name='Paul', age=28}]}

在上面的代碼中，我們首先對 person 對象進行分組，並且使用 Collectors.mapping 方法將元素轉化為自身，然後轉化為 List 後再進行排序，最終得到每個姓名對應的已經排好序的 Person 對象的 List 對象。

六、將分組結果轉化為值對象

在分組過程中，可能需要將分組結果轉化為值對象，以便合併、比較和輸出等操作。這可以使用 Stream 中的 map 方法直接在分組後將 Map 中的 value 值映射為另一個值對象。示例代碼如下：

List people = Arrays.asList(
        new Person("John", 23),
        new Person("Alice", 25),
        new Person("John", 28),
        new Person("Paul", 28),
        new Person("Alice", 21)
);

Map peopleGroupByName = 
        people.stream()
              .collect(Collectors.groupingBy(Person::getName, 
                         Collectors.mapping(Function.identity(), 
                                            Collectors.toList())))
              .entrySet()
              .stream()
              .map(e -> new AbstractMap.SimpleEntry(e.getKey(), new Group(e.getValue())))
              .collect(Collectors.toMap(AbstractMap.SimpleEntry::getKey, AbstractMap.SimpleEntry::getValue));

System.out.println(peopleGroupByName);
// 輸出結果：{Alice=Group{people=[Person{name='Alice', age=25}, Person{name='Alice', age=21}]}， John=Group{people=[Person{name='John', age=23}, Person{name='John', age=28}]}, Paul=Group{people=[Person{name='Paul', age=28}]}}

在上面的代碼中，我們首先和之前一樣對 person 對象進行分組操作，但是這裡使用了 map 方法，將分組結果轉化為了自定義的 Group 類，輸出結果為以名字為 key，以 Group 類型的值對象為 value 的 Map 。