使用Java Stream高效获取HashMap中第二高值的所有条目

本文详细讲解如何利用java stream api高效地从hashmap中获取所有具有第二高值的条目。针对原始方法无法处理多个键共享同一第二高值的情况，教程提出并演示了一种基于`collectors.groupingby`的优化策略，确保能够完整捕获所有符合条件的键值对，并提供完整的代码示例及解析。

引言

在Java开发中，我们经常需要处理各种数据集合，其中HashMap是常用的一种。当需求是从HashMap中找出具有特定排名（如第二高）的值，并且要求返回所有符合条件的键值对时，传统的迭代方法可能显得冗长。Java 8引入的Stream API为这类操作提供了强大且简洁的解决方案。本文将深入探讨如何利用Stream API，特别是结合Collectors.groupingBy，来高效地实现这一目标。

问题分析与初始尝试

假设我们有一个HashMap，其中存储了键（字符串）和对应的值（整数）。我们的目标是找出所有值是第二高的条目。一个常见的初步尝试是使用Stream对entrySet()进行排序，然后跳过最高值并获取下一个：

HashMap map = new HashMap<>();       
map.put("Pankaj",1);
map.put("Amit",2);
map.put("Rahul",5);
map.put("Chetan",7);
map.put("Vinod",6);
map.put("Amit",8); // 注意：HashMap键唯一，此操作会覆盖Amit的旧值
map.put("Rajesh", 7); // 与Chetan值相同

Entry m = map.entrySet().stream()
    .sorted(Collections.reverseOrder(Map.Entry.comparingByValue()))
    .skip(1)
    .findFirst()
    .get();

System.out.println(m); // 输出可能为：Chetan=7 或 Rajesh=7 (取决于排序稳定性)

问题所在：

上述代码的输出可能是 Chetan=7 或 Rajesh=7，这取决于Stream内部排序的稳定性。然而，如果第二高的值有多个条目（例如，Chetan=7 和 Rajesh=7 都具有第二高值7），skip(1).findFirst().get() 只能返回其中一个条目，无法满足“获取所有”的要求。

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基于分组的优化方案

为了解决上述问题，我们需要一种机制来首先识别出所有具有相同值的条目，然后对这些值进行排序。Collectors.groupingBy 是实现这一目标的关键。

核心思路

1. 按值分组： 将HashMap的entrySet()流转换为一个Map>>。这个新的Map的键是原始HashMap中的值，而值是一个包含所有具有该原始值的Entry对象的列表。
2. 排序分组： 对这个新生成的Map的entrySet()进行排序。这次排序是基于新Map的键（即原始HashMap的值）进行的，以降序排列。
3. 获取第二高值组： 跳过排序后的第一个分组（最高值），然后获取第二个分组。这个分组就是我们需要的第二高值对应的所有条目。

实现步骤

1. 获取原始HashMap的Entry Set： map.entrySet().stream()
2. 按值分组： collect(Collectors.groupingBy(e -> e.getValue()))。这将生成一个Map>>。
3. 获取分组后的Entry Set： 对上一步生成的Map再次调用entrySet().stream()。现在我们处理的是Stream>>>。
4. 对分组进行排序： sorted(Collections.reverseOrder(Map.Entry.comparingByKey()))。这里是关键，我们是根据新Map的键（即原始值）进行降序排序。
5. 跳过最高值组并获取第二高值组： skip(1).findFirst().get()。这将返回一个Map.Entry>>，其键是第二高值，值是所有具有该第二高值的原始HashMap条目列表。
6. 提取结果列表： 调用getValue()从获取到的Map.Entry中提取出List>。

完整代码示例

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import java.util.stream.Collectors;

public class SecondHighestValueEntries {

    public static void main(String[] args) {
        HashMap map = new HashMap<>();
        map.put("Pankaj", 1);
        map.put("Amit", 2);
        map.put("Rahul", 5);
        map.put("Chetan", 7);
        map.put("Vinod", 6);
        map.put("Amit", 8); // 更新Amit的值为8
        map.put("Rajesh", 7); // Rajesh的值为7，与Chetan相同

        // 使用Stream API获取所有第二高值的条目
        List> result = map.entrySet()
                .stream()
                // 步骤1: 按值对原始HashMap的条目进行分组
                // 结果是 Map>>
                .collect(Collectors.groupingBy(Entry::getValue))
                .entrySet() // 步骤2: 获取分组后的Map的Entry Set
                .stream()
                // 步骤3: 对分组后的Entry Set进行排序。
                // 这里的键是原始HashMap的值，所以我们按键降序排序。
                .sorted(Collections.reverseOrder(Map.Entry.comparingByKey()))
                // 步骤4: 跳过第一个（最高值）分组
                .skip(1)
                // 步骤5: 获取第二个（第二高值）分组
                .findFirst()
                .get()
                // 步骤6: 从获取到的分组中提取出包含所有第二高值条目的列表
                .getValue();

        System.out.println("具有第二高值的所有条目: " + result);
    }
}

输出与解释

运行上述代码，将得到以下输出：

具有第二高值的所有条目: [Rajesh=7, Chetan=7]

这正是我们期望的结果。HashMap中的最高值是8（对应"Amit"），第二高值是7。由于"Chetan"和"Rajesh"都具有值7，该方法成功地捕获了这两个条目。

注意事项与总结

• 处理空Map或不足两个不同值的Map： 如果原始HashMap为空，或者只包含一个不同值（例如所有值都相同），或者只有最高值而没有第二高值，skip(1).findFirst().get()可能会抛出NoSuchElementException。在生产代码中，应在使用get()之前添加isPresent()检查，或使用orElse、orElseThrow等方法处理潜在的空结果。
• 性能考量： groupingBy操作会创建一个新的中间Map，这会占用额外的内存。对于非常大的数据集，需要权衡其内存消耗和代码简洁性。
• 灵活性： 这种分组排序的方法非常灵活。通过修改skip()的参数，可以轻松获取第三高、第四高或其他排名值的条目。
• comparingByKey() vs comparingByValue()： 在groupingBy之后，我们操作的是Map>>。此时，Map.Entry.comparingByKey()实际上是在比较原始HashMap的值（即我们分组的依据），而Map.Entry.comparingByValue()则会比较List>本身，这通常不是我们想要的。

通过结合Collectors.groupingBy和Stream的排序、跳过操作，我们可以优雅且高效地解决从HashMap中获取所有具有特定排名值的条目这一复杂问题，即使存在多个条目共享相同排名值的情况也能完美处理。