使用Java 8 Stream API高效筛选每日期货最新时间戳数据

1. 问题描述与数据模型

在实际应用中，我们经常需要从一系列时间序列数据中，根据某些条件（如货币类型、日期）筛选出具有特定时间戳（最新或最早）的记录。例如，给定一个包含货币交易信息的列表，我们希望获取每种货币在每天的最新交易记录。

假设我们有如下的Currency数据模型：

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.LocalDate; // 需要导入LocalDate

class Currency {
   private Integer id;
   private String name; // 货币名称，如 "USD", "BUSD"
   private LocalDateTime lastReceived; // 最后接收时间戳

   // 构造函数
   public Currency(Integer id, String name, LocalDateTime lastReceived) {
       this.id = id;
       this.name = name;
       this.lastReceived = lastReceived;
   }

   // Getter方法
   public Integer getId() { return id; }
   public String getName() { return name; }
   public LocalDateTime getLastReceived() { return lastReceived; }

   // 为了方便打印，重写toString方法
   @Override
   public String toString() {
       return "Currency{" +
              "id=" + id +
              ", name='" + name + '\'' +
              ", lastReceived=" + lastReceived +
              '}';
   }
}

我们的目标是，对于给定的Currency列表，例如：

我们期望得到的结果是每种货币在每天的最新（最大）时间戳记录：

请注意，问题描述中提到了“least timestamp”，但根据提供的预期输出，实际需求是获取“latest timestamp”（即最大时间戳）。本教程将以获取“最新时间戳”为目标进行讲解。如果实际需求是“最早时间戳”，只需将maxBy替换为minBy。

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2. 使用Java 8 Stream API解决

Java 8的Stream API提供了强大的数据处理能力，结合Collectors.groupingBy和Collectors.collectingAndThen，我们可以优雅地解决这个问题。

2.1 获取所有货币在每天的最新记录

为了实现“按货币名称和日期分组，并获取最新时间戳”的需求，我们需要一个复合键来分组。这个复合键应该包含货币名称和lastReceived字段的日期部分。

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.LocalDate;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Optional;
import java.util.stream.Collectors;

public class CurrencyProcessor {

    public static void main(String[] args) {
        List data = Arrays.asList(
            new Currency(1, "USD", LocalDateTime.parse("2022-05-18T09:04:01.545")),
            new Currency(2, "USD", LocalDateTime.parse("2022-05-18T08:04:01.545")),
            new Currency(3, "USD", LocalDateTime.parse("2022-05-19T08:04:01.545")),
            new Currency(4, "USD", LocalDateTime.parse("2022-05-20T08:04:01.545")),
            new Currency(5, "USD", LocalDateTime.parse("2022-05-20T11:04:01.545")),
            new Currency(6, "BUSD", LocalDateTime.parse("2022-05-18T08:04:01.545"))
        );

        // 1. 分组并获取每日期货的最新记录
        List latestByDateAndCurrency = new ArrayList<>(data
                .stream()
                .collect(Collectors.groupingBy(
                    // 复合键：货币名称 + 日期
                    curr -> Arrays.asList(curr.getName(), curr.getLastReceived().toLocalDate()),
                    // 收集器：先找到最大值，然后从Optional中取出
                    Collectors.collectingAndThen(
                        Collectors.maxBy(Comparator.comparing(Currency::getLastReceived)),
                        Optional::get // 确保Optional有值，否则抛出NoSuchElementException
                    )
                ))
                .values()); // 获取Map中的所有值，即筛选出的Currency对象

        System.out.println("所有货币在每天的最新记录 (未排序):");
        latestByDateAndCurrency.forEach(System.out::println);

        // 2. 对结果进行排序（如果需要）
        // 可以直接对上述列表进行排序
        latestByDateAndCurrency.sort(
            Comparator.comparing(Currency::getName) // 先按货币名称排序
                      .thenComparing(Currency::getLastReceived) // 再按时间戳排序
        );

        System.out.println("\n所有货币在每天的最新记录 (排序后):");
        latestByDateAndCurrency.forEach(System.out::println);
    }
}

代码解析：

1. data.stream(): 创建一个Currency对象的Stream。
2. Collectors.groupingBy(...): 这是核心操作。它根据提供的分类函数将Stream中的元素分组到一个Map中。
   • 分类函数 curr -> Arrays.asList(curr.getName(), curr.getLastReceived().toLocalDate()): 这里我们创建了一个List作为复合键。它包含了货币名称（curr.getName()）和lastReceived字段的日期部分（curr.getLastReceived().toLocalDate()）。这样可以确保同一货币在同一天的记录被分到同一个组。
   • 下游收集器 Collectors.collectingAndThen(Collectors.maxBy(Comparator.comparing(Currency::getLastReceived)), Optional::get):
     • Collectors.maxBy(Comparator.comparing(Currency::getLastReceived)): 这是groupingBy的二级收集器，它会在每个分组内部找到lastReceived时间戳最大的Currency对象。maxBy返回一个Optional。
     • Optional::get: collectingAndThen的作用是在前一个收集器（maxBy）的结果上执行一个转换函数。在这里，我们使用Optional::get从Optional中取出实际的Currency对象。注意：使用Optional::get时需谨慎，如果分组为空（通常不会发生在这种场景下），它会抛出NoSuchElementException。在生产代码中，更安全的做法是使用orElse或orElseThrow。
3. .values(): groupingBy操作返回一个Map, Currency>。我们通过.values()方法获取Map中所有的值（即我们筛选出的Currency对象），这些值就是我们需要的最新记录。
4. new ArrayList(...): 将Map的values()集合转换为ArrayList。
5. 排序: 如果需要对最终结果进行排序，可以直接对latestByDateAndCurrency列表使用sort方法，结合Comparator.comparing和thenComparing进行多字段排序。

2.2 获取特定货币在每天的最新记录

如果只需要获取特定货币（例如"USD"）的最新记录，可以在Stream操作开始时添加一个filter步骤。

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import java.util.stream.Collectors;
import java.util.Comparator;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Optional;
import java.time.LocalDateTime;

public class SpecificCurrencyProcessor {

    public static void main(String[] args) {
        List data = Arrays.asList(
            new Currency(1, "USD", LocalDateTime.parse("2022-05-18T09:04:01.545")),
            new Currency(2, "USD", LocalDateTime.parse("2022-05-18T08:04:01.545")),
            new Currency(3, "USD", LocalDateTime.parse("2022-05-19T08:04:01.545")),
            new Currency(4, "USD", LocalDateTime.parse("2022-05-20T08:04:01.545")),
            new Currency(5, "USD", LocalDateTime.parse("2022-05-20T11:04:01.545")),
            new Currency(6, "BUSD", LocalDateTime.parse("2022-05-18T08:04:01.545"))
        );

        String targetCurrency = "USD";
        List lastUSDByDate = new ArrayList<>(data
            .stream()
            .filter(curr -> targetCurrency.equalsIgnoreCase(curr.getName())) // 筛选特定货币
            .collect(Collectors.groupingBy(
                curr -> curr.getLastReceived().toLocalDate(), // 此时分组键只需日期
                Collectors.collectingAndThen(
                    Collectors.maxBy(Comparator.comparing(Currency::getLastReceived)),
                    Optional::get
                )
            ))
            .values()
        );

        // 对结果进行排序
        lastUSDByDate.sort(Comparator.comparing(Currency::getLastReceived));

        System.out.println(targetCurrency + " 在每天的最新记录:");
        lastUSDByDate.forEach(System.out::println);
    }
}

代码解析：

1. .filter(curr -> targetCurrency.equalsIgnoreCase(curr.getName())): 在分组之前，先过滤出我们感兴趣的特定货币（例如"USD"）的记录。
2. groupingBy(curr -> curr.getLastReceived().toLocalDate(), ...): 由于已经筛选了特定货币，分组键就不需要再包含货币名称，只需按日期分组即可。

3. 原生SQL查询替代方案（适用于数据库层面）

如果数据量庞大，并且数据存储在关系型数据库中，使用Java Stream API在内存中处理可能效率不高。此时，利用数据库的强大查询能力，特别是窗口函数，是更优的选择。

以下是一个使用PostgreSQL的SQL查询示例，通过窗口函数实现相同的功能：

SELECT id, name, last_received
FROM (
    SELECT c.*,
    ROW_NUMBER() OVER (
        PARTITION BY name, to_char(last_received, 'yyyy-MM-dd')
        ORDER BY last_received DESC
    ) AS rn -- 或者使用ROW_NUMBER(), RANK(), DENSE_RANK()
    FROM Currency c
    WHERE c.name = :currName -- 如果需要筛选特定货币
) tbl
WHERE rn = 1
ORDER BY last_received;

SQL查询解析：

1. *内层查询 `SELECT c., ROW_NUMBER() OVER (...) AS rn FROM Currency c WHERE c.name = :currName`**:
   • ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY name, to_char(last_received, 'yyyy-MM-dd') ORDER BY last_received DESC): 这是核心的窗口函数。
     • PARTITION BY name, to_char(last_received, 'yyyy-MM-dd'): 这指定了分组的依据。它会根据货币名称和last_received字段的日期部分进行分区。在每个分区内部，行号会独立计算。
     • ORDER BY last_received DESC: 在每个分区内部，行会根据last_received时间戳降序排列（最新时间戳排在最前面）。
     • AS rn: 为计算出的行号指定别名rn。
2. 外层查询 SELECT id, name, last_received FROM (...) tbl WHERE rn = 1 ORDER BY last_received:
   • WHERE rn = 1: 从内层查询的结果中，我们只选择每个分区中rn为1的记录，这正是每个分组中last_received最新的那条记录。
   • ORDER BY last_received: 对最终结果按时间戳进行排序。

JPA集成：

如果使用JPA，可以将上述原生SQL查询集成到你的Repository接口中，例如：

import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;
import org.springframework.data.jpa.repository.Query;
import org.springframework.data.repository.query.Param;
import java.util.List;

public interface CurrencyRepository extends JpaRepository {

    @Query(nativeQuery = true, value = """
        SELECT id, name, last_received
        FROM (
            SELECT c.*,
            ROW_NUMBER() OVER (
                PARTITION BY name, to_char(last_received, 'yyyy-MM-dd')
                ORDER BY last_received DESC
            ) AS rn
            FROM Currency c
            WHERE c.name = :currName
        ) tbl
        WHERE rn = 1
        ORDER BY last_received
    """)
    List findLastByDateByCurrencyName(@Param("currName") String currName);
}

4. 注意事项与总结

• “最新”与“最早”: 本文示例是获取“最新”时间戳（maxBy）。如果需要获取“最早”时间戳，只需将Collectors.maxBy替换为Collectors.minBy。
• Optional::get的风险: 在Collectors.collectingAndThen中使用Optional::get时，如果分组为空，会抛出NoSuchElementException。在大多数实际场景中，groupingBy通常不会产生空分组，但为了健壮性，可以考虑使用Optional.orElse(null)或Optional.orElseThrow(() -> new MyCustomException("No element found in group"))。
• 性能考量:
  • 对于小到中等规模的数据集，Java 8 Stream API在内存中处理是高效且简洁的。
  • 对于大规模数据集，尤其是在数据库中，原生SQL查询（特别是利用窗口函数）通常能提供更好的性能，因为它利用了数据库的索引和优化能力，避免了将大量数据加载到应用内存中进行处理。
• 日期处理: LocalDateTime.toLocalDate()方法是关键，它确保我们只比较日期部分，忽略时间，从而实现“每天”的聚合。
• 可读性: Java 8 Stream API提供了声明式编程风格，使得代码意图清晰，易于理解和维护。

通过本文的讲解，你应该能够熟练运用Java 8 Stream API解决按日期和特定字段分组并筛选最新/最早记录的问题，并了解在数据库层面如何使用原生SQL实现相同功能。根据你的数据量和系统架构，选择最适合的解决方案。