本文旨在通过使用 HashMap 优化嵌套循环，显著提升 Java 对象列表处理的效率。我们将针对包含嵌套对象列表的场景，演示如何将传统的双重循环结构转换为基于 HashMap 的查找方式，从而降低时间复杂度，提高程序性能。本文将提供详细的代码示例和步骤说明，帮助开发者理解并应用这种优化技巧。
在处理 Java 对象列表时，嵌套循环常常会导致性能瓶颈，尤其是在数据量较大的情况下。传统的双重循环时间复杂度为 O(n*m)，其中 n 和 m 分别是两个列表的长度。通过引入 HashMap，可以将查找的时间复杂度降低到接近 O(1)，从而显著提升整体性能。
以下示例将演示如何将包含嵌套对象列表的双重循环转换为使用 HashMap 的方式。假设我们有两个类 Object1 和 Object2，Object1 包含一个 Object2 的列表。
import java.util.*; import java.util.stream.Collectors; public class Object1 { private String name; private String xyz; private List<Object2> listObject2; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public String getXyz() { return xyz; } public void setXyz(String xyz) { this.xyz = xyz; } public List<Object2> getListObject2() { return listObject2; } public void setListObject2(List<Object2> listObject2) { this.listObject2 = listObject2; } @Override public String toString() { return "Object1{" + "name='" + name + ''' + ", xyz='" + xyz + ''' + ", listObject2=" + listObject2 + '}'; } } public class Object2 { private String name; private String abc; private String def; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public String getAbc() { return abc; } public void setAbc(String abc) { this.abc = abc; } public String getDef() { return def; } public void setDef(String def) { this.def = def; } @Override public String toString() { return "Object2{" + "name='" + name + ''' + ", abc='" + abc + ''' + ", def='" + def + ''' + '}'; } }
现在，我们有一个 fillNestedObject 方法，它使用嵌套循环来填充 Object1 中的 listObject2。
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public class Main { public static void fillNestedObject(List<Object1> listObject1, List<Object2> listObject2) { for (Object1 object1 : listObject1) { List<Object2> tmpList = new ArrayList<>(); for (Object2 object2 : listObject2) { if (object1.getName().equals(object2.getName())) { tmpList.add(object2); } } object1.setListObject2(tmpList); } } public static void fillNestedObjectWithHashMap(List<Object1> listObject1, List<Object2> listObject2) { // Create a map of Object2 lists, keyed by name. Map<String, List<Object2>> object2Map = listObject2.stream() .collect(Collectors.groupingBy(Object2::getName)); // Iterate over Object1 list and set the corresponding Object2 list. for (Object1 object1 : listObject1) { object1.setListObject2(object2Map.getOrDefault(object1.getName(), new ArrayList<>())); } } public static void main(String[] args) { // Example usage List<Object1> listObject1 = new ArrayList<>(); List<Object2> listObject2 = new ArrayList<>(); // Populate the lists with sample data Object1 obj1_1 = new Object1(); obj1_1.setName("A"); Object1 obj1_2 = new Object1(); obj1_2.setName("B"); listObject1.add(obj1_1); listObject1.add(obj1_2); Object2 obj2_1 = new Object2(); obj2_1.setName("A"); Object2 obj2_2 = new Object2(); obj2_2.setName("A"); Object2 obj2_3 = new Object2(); obj2_3.setName("B"); listObject2.add(obj2_1); listObject2.add(obj2_2); listObject2.add(obj2_3); // Fill using nested loops fillNestedObject(listObject1, listObject2); System.out.println("Filled using nested loops:"); System.out.println(listObject1); // Reset listObject1 listObject1.forEach(obj -> obj.setListObject2(null)); // Fill using HashMap fillNestedObjectWithHashMap(listObject1, listObject2); System.out.println("Filled using HashMap:"); System.out.println(listObject1); } }
优化步骤
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创建 HashMap： 首先，将 listObject2 转换为一个 HashMap，其中 key 是 Object2 的 name 属性，value 是具有相同 name 属性的 Object2 列表。这可以通过 Java 8 的 Stream API 轻松实现。
Map<String, List<Object2>> object2Map = listObject2.stream() .collect(Collectors.groupingBy(Object2::getName));
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使用 HashMap 填充： 然后，遍历 listObject1，并使用 HashMap 查找与 Object1 的 name 属性匹配的 Object2 列表。
for (Object1 object1 : listObject1) { object1.setListObject2(object2Map.getOrDefault(object1.getName(), new ArrayList<>())); }
完整优化后的方法
将上述步骤整合到 fillNestedObjectWithHashMap 方法中：
public static void fillNestedObjectWithHashMap(List<Object1> listObject1, List<Object2> listObject2) { // Create a map of Object2 lists, keyed by name. Map<String, List<Object2>> object2Map = listObject2.stream() .collect(Collectors.groupingBy(Object2::getName)); // Iterate over Object1 list and set the corresponding Object2 list. for (Object1 object1 : listObject1) { object1.setListObject2(object2Map.getOrDefault(object1.getName(), new ArrayList<>())); } }
性能分析
- 原始方法（嵌套循环）： 时间复杂度为 O(n*m)，其中 n 是 listObject1 的大小，m 是 listObject2 的大小。
- 优化方法（HashMap）： 创建 HashMap 的时间复杂度为 O(m)，遍历 listObject1 的时间复杂度为 O(n)，HashMap 查找的时间复杂度接近 O(1)。因此，总时间复杂度为 O(n + m)，在 n 和 m 都很大时，性能提升非常显著。
注意事项
- 确保 Object2 的 name 属性是唯一标识，如果不是，需要考虑更复杂的 HashMap 结构，例如使用 List
作为 key。 - 如果 listObject2 经常变化，需要考虑 HashMap 的维护成本。
- 在数据量较小的情况下，HashMap 的额外开销可能抵消性能提升，因此需要根据实际情况进行评估。
总结
通过使用 HashMap 优化嵌套循环，可以显著提高 Java 对象列表处理的效率。这种方法尤其适用于需要频繁查找和匹配的场景。在实际开发中，需要根据具体情况选择合适的优化策略，并进行性能测试，以确保达到最佳效果。
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