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一次List對(duì)象去重失敗，引發(fā)對(duì)Java8中distinct()的思考

 小樣樣樣樣樣樣 2021-05-12

list的轉(zhuǎn)map的另一種猜想

Java8使用lambda表達(dá)式進(jìn)行函數(shù)式編程可以對(duì)集合進(jìn)行非常方便的操作。一個(gè)比較常見的操作是將list轉(zhuǎn)換成map，一般使用Collectors的toMap()方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。一個(gè)比較常見的問題是當(dāng)list中含有相同元素的時(shí)候，如果不指定取哪一個(gè)，則會(huì)拋出異常。因此，這個(gè)指定是必須的。Java面試寶典PDF完整版

當(dāng)然，使用toMap()的另一個(gè)重載方法，可以直接指定。這里，我們想討論的是另一種方法：在進(jìn)行轉(zhuǎn)map的操作之前，能不能使用distinct()先把list的重復(fù)元素過濾掉，然后轉(zhuǎn)map的時(shí)候就不用考慮重復(fù)元素的問題了。

使用distinct()給list去重

直接使用distinct()，失敗

package example.mystream;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Getter;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.ToString;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Collectors;

public class ListToMap {

    @AllArgsConstructor
    @NoArgsConstructor
    @ToString
    private static class VideoInfo {
        @Getter
        String id;
        int width;
        int height;
    }

    public static void main(String [] args) {
        List<VideoInfo> list = Arrays.asList(new VideoInfo("123", 1, 2),
                new VideoInfo("456", 4, 5), new VideoInfo("123", 1, 2));

        // preferred: handle duplicated data when toMap()
        Map<String, VideoInfo> id2VideoInfo = list.stream().collect(
                Collectors.toMap(VideoInfo::getId, x -> x,
                        (oldValue, newValue) -> newValue)
        );

        System.out.println("No Duplicated1: ");
        id2VideoInfo.forEach((x, y) -> System.out.println("<" + x + ", " + y + ">"));

        // handle duplicated data using distinct(), before toMap()
        Map<String, VideoInfo> id2VideoInfo2 = list.stream().distinct().collect(
                Collectors.toMap(VideoInfo::getId, x -> x)
        );

        System.out.println("No Duplicated2: ");
        id2VideoInfo2.forEach((x, y) -> System.out.println("<" + x + ", " + y + ">"));
    }
}

list里總共有三個(gè)元素，其中有兩個(gè)我們認(rèn)為是重復(fù)的。第一種轉(zhuǎn)換是使用toMap()直接指定了對(duì)重復(fù)key的處理情況，因此可以正常轉(zhuǎn)換成map。而第二種轉(zhuǎn)換是想先對(duì)list進(jìn)行去重，然后再轉(zhuǎn)換成map，結(jié)果還是失敗了，拋出了IllegalStateException，所以distinct()應(yīng)該是失敗了。

No Duplicated1: 
<123, ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2)>
<456, ListToMap.VideoInfo(id=456, width=4, height=5)>
Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Duplicate key ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2)
    at java.util.stream.Collectors.lambda$throwingMerger$0(Collectors.java:133)
    at java.util.HashMap.merge(HashMap.java:1253)
    at java.util.stream.Collectors.lambda$toMap$58(Collectors.java:1320)
    at java.util.stream.ReduceOps$3ReducingSink.accept(ReduceOps.java:169)
    at java.util.stream.DistinctOps$1$2.accept(DistinctOps.java:175)
    at java.util.Spliterators$ArraySpliterator.forEachRemaining(Spliterators.java:948)
    at java.util.stream.AbstractPipeline.copyInto(AbstractPipeline.java:481)
    at java.util.stream.AbstractPipeline.wrapAndCopyInto(AbstractPipeline.java:471)
    at java.util.stream.ReduceOps$ReduceOp.evaluateSequential(ReduceOps.java:708)
    at java.util.stream.AbstractPipeline.evaluate(AbstractPipeline.java:234)
    at java.util.stream.ReferencePipeline.collect(ReferencePipeline.java:499)
    at example.mystream.ListToMap.main(ListToMap.java:79)

原因：distinct()依賴于equals()

查看distinct()的API，可以看到如下介紹：

Returns a stream consisting of the distinct elements (according to {@link Object#equals(Object)}) of this stream.

顯然，distinct()對(duì)對(duì)象進(jìn)行去重時(shí)，是根據(jù)對(duì)象的equals()方法去處理的。如果我們的VideoInfo類不overrride超類Object的equals()方法，就會(huì)使用Object的。

但是Object的equals()方法只有在兩個(gè)對(duì)象完全相同時(shí)才返回true。而我們想要的效果是只要VideoInfo的id/width/height均相同，就認(rèn)為兩個(gè)videoInfo對(duì)象是同一個(gè)。所以我們比如重寫屬于videoInfo的equals()方法。

重寫equals()的注意事項(xiàng)

我們?cè)O(shè)計(jì)VideoInfo的equals()如下：

@Override
public boolean equals(Object obj) {
    if (!(obj instanceof VideoInfo)) {
        return false;
    }
    VideoInfo vi = (VideoInfo) obj;
    return this.id.equals(vi.id)
          && this.width == vi.width
          && this.height == vi.height;
}

這樣一來，只要兩個(gè)videoInfo對(duì)象的三個(gè)屬性都相同，這兩個(gè)對(duì)象就相同了。歡天喜地去運(yùn)行程序，依舊失??！why？

《Effective Java》是本好書，連Java之父James Gosling都說，這是一本連他都需要的Java教程。在這本書中，作者指出，如果重寫了一個(gè)類的equals()方法，那么就必須一起重寫它的hashCode()方法！必須！沒有商量的余地！

必須使得重寫后的equals()滿足如下條件：

  • 根據(jù)equals()進(jìn)行比較，相等的兩個(gè)對(duì)象，hashCode()的值也必須相同；

  • 根據(jù)equals()進(jìn)行比較，不相等的兩個(gè)對(duì)象，hashCode()的值可以相同，也可以不同；

因?yàn)檫@是Java的規(guī)定，違背這些規(guī)定將導(dǎo)致Java程序運(yùn)行不再正常。

具體更多的細(xì)節(jié)，建議大家讀讀原書，必定獲益匪淺。強(qiáng)烈推薦！

最終，我按照神書的指導(dǎo)設(shè)計(jì)VideoInfo的hashCode()方法如下：

@Override
public int hashCode() {
   int n = 31;
   n = n * 31 + this.id.hashCode();
   n = n * 31 + this.height;
   n = n * 31 + this.width;
   return n;
}

終于，distinct()成功過濾了list中的重復(fù)元素，此時(shí)使用兩種toMap()將list轉(zhuǎn)換成map都是沒問題的：

No Duplicated1: 
<123, ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2)>
<456, ListToMap.VideoInfo(id=456, width=4, height=5)>
No Duplicated2: 
<123, ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2)>
<456, ListToMap.VideoInfo(id=456, width=4, height=5)>

引申

既然說distinct()是調(diào)用equals()進(jìn)行比較的，那按照我的理解，list的3個(gè)元素至少需要比較3次吧。那是不是就調(diào)用了3次equals()呢？

在equals()中加入一句打印，這樣就可以知道了。加后的equals()如下：

@Override 
public boolean equals(Object obj) {
    if (! (obj instanceof VideoInfo)) {
        return false;
    }
    VideoInfo vi = (VideoInfo) obj;

    System.out.println("<===> Invoke equals() ==> " + this.toString() + " vs. " + vi.toString());

    return this.id.equals(vi.id) && this.width == vi.width && this.height == vi.height;
}

結(jié)果：

No Duplicated1: 
<123, ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2)>
<456, ListToMap.VideoInfo(id=456, width=4, height=5)>
<===> Invoke equals() ==> ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2) vs. ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2)
No Duplicated2: 
<123, ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2)>
<456, ListToMap.VideoInfo(id=456, width=4, height=5)>

結(jié)果發(fā)現(xiàn)才調(diào)用了一次equals()。為什么不是3次呢？仔細(xì)想想，根據(jù)hashCode()進(jìn)行比較，hashCode()相同的情況就一次，就是list的第一個(gè)元素和第三個(gè)元素（都是VideoInfo(id=123, width=1, height=2)）會(huì)出現(xiàn)hashCode()相同的情況。

所以我們是不是可以這么猜想：只有當(dāng)hashCode()返回的hashCode相同的時(shí)候，才會(huì)調(diào)用equals()進(jìn)行更進(jìn)一步的判斷。如果連hashCode()返回的hashCode都不同，那么可以認(rèn)為這兩個(gè)對(duì)象一定就是不同的了！

驗(yàn)證猜想：

更改hashCode()如下：

@Override
public int hashCode() {
   return 1;
}

這樣一來，所有的對(duì)象的hashCode()返回值都是相同的。當(dāng)然，這樣搞是符合Java規(guī)范的，因?yàn)镴ava只規(guī)定equals()相同的對(duì)象的hashCode必須相同，但是不同的對(duì)象的hashCode未必會(huì)不同。

結(jié)果：

No Duplicated1: 
<123, ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2)>
<456, ListToMap.VideoInfo(id=456, width=4, height=5)>
<===> Invoke equals() ==> ListToMap.VideoInfo(id=456, width=4, height=5) vs. ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2)
<===> Invoke equals() ==> ListToMap.VideoInfo(id=456, width=4, height=5) vs. ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2)
<===> Invoke equals() ==> ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2) vs. ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2)
No Duplicated2: 
<123, ListToMap.VideoInfo(id=123, width=1, height=2)>
<456, ListToMap.VideoInfo(id=456, width=4, height=5)>

果然，equals()調(diào)用了三次！看來的確只有hashCode相同的時(shí)候才會(huì)調(diào)用equal()進(jìn)一步判斷兩個(gè)對(duì)象究竟是否相同；如果hashCode不相同，兩個(gè)對(duì)象顯然不相同。猜想是正確的。

結(jié)論

  1. list轉(zhuǎn)map推薦使用toMap()，并且無論是否會(huì)出現(xiàn)重復(fù)的問題，都要指定重復(fù)后的取舍規(guī)則，不費(fèi)功夫但受益無窮；

  2. 對(duì)一個(gè)自定義的class使用distinct()，切記覆寫equals()方法；

  3. 覆寫equals()，一定要覆寫hashCode()；

  4. 雖然設(shè)計(jì)出一個(gè)hashCode()可以簡單地讓其return 1，這樣并不會(huì)違反Java規(guī)定，但是這樣做會(huì)導(dǎo)致很多惡果。比如將這樣的對(duì)象存入hashMap的時(shí)候，所有的對(duì)象的hashCode都相同，最終所有對(duì)象都存儲(chǔ)在hashMap的同一個(gè)桶中，直接將hashMap惡化成了一個(gè)鏈表。從而O(1)的復(fù)雜度被整成了O(n)的，性能自然大大下降。

  5. 好書是程序猿進(jìn)步的階梯?！郀柣?。比如《Effecctive Java》。

最終參考程序：

package example.mystream;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Getter;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.ToString;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Collectors;

public class ListToMap {

    @AllArgsConstructor
    @NoArgsConstructor
    @ToString
    private static class VideoInfo {
        @Getter
        String id;
        int width;
        int height;

        public static void main(String [] args) {
            System.out.println(new VideoInfo("123", 1, 2).equals(new VideoInfo("123", 1, 2)));
        }

        @Override
        public boolean equals(Object obj) {
            if (!(obj instanceof VideoInfo)) {
                return false;
            }
            VideoInfo vi = (VideoInfo) obj;
            return this.id.equals(vi.id)
                    && this.width == vi.width
                    && this.height == vi.height;
        }

        /**
         * If equals() is override, hashCode() must be override, too.
         * 1. if a equals b, they must have the same hashCode;
         * 2. if a doesn't equals b, they may have the same hashCode;
         * 3. hashCode written in this way can be affected by sequence of the fields;
         * 3. 2^5 - 1 = 31. So 31 will be faster when do the multiplication,
         *      because it can be replaced by bit-shifting: 31 * i = (i << 5) - i.
         * @return
         */
        @Override
        public int hashCode() {
            int n = 31;
            n = n * 31 + this.id.hashCode();
            n = n * 31 + this.height;
            n = n * 31 + this.width;
            return n;
        }
    }

    public static void main(String [] args) {
        List<VideoInfo> list = Arrays.asList(new VideoInfo("123", 1, 2),
                new VideoInfo("456", 4, 5), new VideoInfo("123", 1, 2));

        // preferred: handle duplicated data when toMap()
        Map<String, VideoInfo> id2VideoInfo = list.stream().collect(
                Collectors.toMap(VideoInfo::getId, x -> x,
                        (oldValue, newValue) -> newValue)
        );

        System.out.println("No Duplicated1: ");
        id2VideoInfo.forEach((x, y) -> System.out.println("<" + x + ", " + y + ">"));

        // handle duplicated data using distinct(), before toMap()
        // Note that distinct() relies on equals() in the object
        // if you override equals(), hashCode() must be override together
        Map<String, VideoInfo> id2VideoInfo2 = list.stream().distinct().collect(
                Collectors.toMap(VideoInfo::getId, x -> x)
        );

        System.out.println("No Duplicated2: ");
        id2VideoInfo2.forEach((x, y) -> System.out.println("<" + x + ", " + y + ">"));
    }
}

再拓展

假設(shè)類是別人的，不能修改

以上，VideoInfo使我們自己寫的類，我們可以往里添加equals()和hashCode()方法。如果VideoInfo是我們引用的依賴中的一個(gè)類，我們無權(quán)對(duì)其進(jìn)行修改，那么是不是就沒辦法使用distinct()按照某些元素是否相同，對(duì)對(duì)象進(jìn)行自定義的過濾了呢？

使用wrapper

在stackoverflow的一個(gè)回答上，我們可以找到一個(gè)可行的方法：使用wrapper。

假設(shè)在一個(gè)依賴中（我們無權(quán)修改該類），VideoInfo定義如下：

@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@ToString
public class VideoInfo {
    @Getter
    String id;
    int width;
    int height;
}

使用剛剛的wrapper思路，寫程序如下（當(dāng)然，為了程序的可運(yùn)行性，還是把VideoInfo放進(jìn)來了，假設(shè)它就是不能修改的，不能為其添加任何方法）：

package example.mystream;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Getter;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.ToString;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Collectors;

public class DistinctByWrapper {

    private static class VideoInfoWrapper {

        private final VideoInfo videoInfo;

        public VideoInfoWrapper(VideoInfo videoInfo) {
            this.videoInfo = videoInfo;
        }

        public VideoInfo unwrap() {
            return videoInfo;
        }

        @Override
        public boolean equals(Object obj) {
            if (!(obj instanceof VideoInfo)) {
                return false;
            }
            VideoInfo vi = (VideoInfo) obj;
            return videoInfo.id.equals(vi.id)
                    && videoInfo.width == vi.width
                    && videoInfo.height == vi.height;
        }

        @Override
        public int hashCode() {
            int n = 31;
            n = n * 31 + videoInfo.id.hashCode();
            n = n * 31 + videoInfo.height;
            n = n * 31 + videoInfo.width;
            return n;
        }
    }

    public static void main(String [] args) {
        List<VideoInfo> list = Arrays.asList(new VideoInfo("123", 1, 2),
                new VideoInfo("456", 4, 5), new VideoInfo("123", 1, 2));

        // VideoInfo --map()--> VideoInfoWrapper ----> distinct(): VideoInfoWrapper --map()--> VideoInfo
        Map<String, VideoInfo> id2VideoInfo = list.stream()
                .map(VideoInfoWrapper::new).distinct().map(VideoInfoWrapper::unwrap)
                .collect(
                Collectors.toMap(VideoInfo::getId, x -> x,
                        (oldValue, newValue) -> newValue)
        );

        id2VideoInfo.forEach((x, y) -> System.out.println("<" + x + ", " + y + ">"));
    }

}

/**
 * Assume that VideoInfo is a class that we can't modify
 */
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@ToString
class VideoInfo {
    @Getter
    String id;
    int width;
    int height;
}

整個(gè)wrapper的思路無非就是構(gòu)造另一個(gè)類VideoInfoWrapper，把hashCode()和equals()添加到wrapper中，這樣便可以按照自定義規(guī)則對(duì)wrapper對(duì)象進(jìn)行自定義的過濾。

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我們沒法自定義過濾VideoInfo，但是我們可以自定義過濾VideoInfoWrapper啊！

之后要做的，就是將VideoInfo全部轉(zhuǎn)化為VideoInfoWrapper，然后過濾掉某些VideoInfoWrapper，再將剩下的VideoInfoWrapper轉(zhuǎn)回VideoInfo，以此達(dá)到過濾VideoInfo的目的。很巧妙！

使用“filter() + 自定義函數(shù)”取代distinct()

另一種更精妙的實(shí)現(xiàn)方式是自定義一個(gè)函數(shù)：

    private static <T> Predicate<T> distinctByKey(Function<? super T, Object> keyExtractor) {
        Map<Object, Boolean> map = new ConcurrentHashMap<>();
        return t -> map.putIfAbsent(keyExtractor.apply(t), Boolean.TRUE) == null;
    }

（輸入元素的類型是T及其父類，keyExtracctor是映射函數(shù)，返回Object，整個(gè)傳入的函數(shù)的功能應(yīng)該是提取key的。distinctByKey函數(shù)返回的是Predicate函數(shù)，類型為T。）

這個(gè)函數(shù)傳入一個(gè)函數(shù)（lambda），對(duì)傳入的對(duì)象提取key，然后嘗試將key放入concurrentHashMap，如果能放進(jìn)去，說明此key之前沒出現(xiàn)過，函數(shù)返回false；如果不能放進(jìn)去，說明這個(gè)key和之前的某個(gè)key重復(fù)了，函數(shù)返回true。

這個(gè)函數(shù)最終作為filter()函數(shù)的入?yún)ⅰ８鶕?jù)Java API可知filter(func)過濾的規(guī)則為：如果func為true，則過濾，否則不過濾。因此，通過“filter() + 自定義的函數(shù)”，凡是重復(fù)的key都返回true，并被filter()過濾掉，最終留下的都是不重復(fù)的。Java面試寶典PDF完整版

最終實(shí)現(xiàn)的程序如下

package example.mystream;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Getter;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.ToString;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.function.Function;
import java.util.function.Predicate;
import java.util.stream.Collectors;


public class DistinctByFilterAndLambda {

    public static void main(String[] args) {
        List<VideoInfo> list = Arrays.asList(new VideoInfo("123", 1, 2),
                new VideoInfo("456", 4, 5), new VideoInfo("123", 1, 2));

        // Get distinct only
        Map<String, VideoInfo> id2VideoInfo = list.stream().filter(distinctByKey(vi -> vi.getId())).collect(
                Collectors.toMap(VideoInfo::getId, x -> x,
                        (oldValue, newValue) -> newValue)
        );

        id2VideoInfo.forEach((x, y) -> System.out.println("<" + x + ", " + y + ">"));
    }

    /**
     * If a key could not be put into ConcurrentHashMap, that means the key is duplicated
     * @param keyExtractor a mapping function to produce keys
     * @param <T> the type of the input elements
     * @return true if key is duplicated; else return false
     */
    private static <T> Predicate<T> distinctByKey(Function<? super T, Object> keyExtractor) {
        Map<Object, Boolean> map = new ConcurrentHashMap<>();
        return t -> map.putIfAbsent(keyExtractor.apply(t), Boolean.TRUE) == null;
    }
}

/**
 * Assume that VideoInfo is a class that we can't modify
 */
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@ToString
class VideoInfo {
    @Getter
    String id;
    int width;
    int height;
}

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