本文旨在介绍如何利用 HashMap 优化 Java 中嵌套循环的性能，特别是当涉及到比较两个对象列表的属性时。通过将一个列表转换为 HashMap，可以显著降低时间复杂度，提高代码执行效率。本文将提供详细的步骤和代码示例，帮助读者理解并应用这种优化技巧。
问题背景与优化思路
在处理 Java 对象列表时，经常会遇到需要进行嵌套循环，比较两个列表中对象的属性的情况。例如，假设有两个类 Object1 和 Object2，Object1 包含一个 Object2 列表，我们需要根据 Object1 和 Object2 的某个共有属性（例如 name）来填充 Object1 中的 Object2 列表。
传统的嵌套循环方法的时间复杂度为 O(n*m)，其中 n 和 m 分别是两个列表的长度。当列表很大时，这种方法的性能会非常差。为了提高性能，可以使用 HashMap 将其中一个列表转换为键值对的形式，从而将时间复杂度降低到 O(n)。
示例代码与详细解释
假设有以下两个类：
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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; } } 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; } }
以下是优化后的 fillNestedObject 方法：
import java.util.ArrayList; import java.util.HashMap; import java.util.List; import java.util.Map; public class Main { public void fillNestedObject() { List<Object1> listObject1 = new ArrayList<>(); // 假设 fetchObjects1FromApi() 从 API 获取 Object1 列表 // 这里用模拟数据代替 listObject1.add(createObject1("name1")); listObject1.add(createObject1("name2")); listObject1.add(createObject1("name3")); List<Object2> listObject2 = new ArrayList<>(); // 假设 fetchObjectsFromApi2() 从 API 获取 Object2 列表 // 这里用模拟数据代替 listObject2.add(createObject2("name1")); listObject2.add(createObject2("name2")); listObject2.add(createObject2("name4")); // 将 listObject2 转换为 HashMap，key 为 name，value 为 Object2 列表 Map<String, List<Object2>> object2Map = new HashMap<>(); for (Object2 object2 : listObject2) { String name = object2.getName(); if (!object2Map.containsKey(name)) { object2Map.put(name, new ArrayList<>()); } object2Map.get(name).add(object2); } // 遍历 listObject1，从 HashMap 中查找对应的 Object2 列表 for (Object1 object1 : listObject1) { String name = object1.getName(); List<Object2> tmpList = object2Map.getOrDefault(name, new ArrayList<>()); object1.setListObject2(tmpList); } } // 模拟创建 Object1 对象 private Object1 createObject1(String name) { Object1 object1 = new Object1(); object1.setName(name); return object1; } // 模拟创建 Object2 对象 private Object2 createObject2(String name) { Object2 object2 = new Object2(); object2.setName(name); return object2; } public static void main(String[] args) { Main main = new Main(); main.fillNestedObject(); } }
代码解释：
- 创建 HashMap: 首先，我们创建一个 HashMap，用于存储 Object2 列表。HashMap 的键是 Object2 的 name 属性，值是具有相同 name 属性的 Object2 列表。
- 填充 HashMap: 遍历 listObject2，将每个 Object2 对象添加到 HashMap 中。如果 HashMap 中已经存在具有相同 name 属性的键，则将 Object2 对象添加到该键对应的列表中；否则，创建一个新的列表，并将 Object2 对象添加到该列表中，然后将该键值对添加到 HashMap 中。
- 查找并设置列表: 遍历 listObject1，对于每个 Object1 对象，从 HashMap 中查找具有相同 name 属性的 Object2 列表。如果找到，则将该列表设置为 Object1 对象的 listObject2 属性。getOrDefault 方法用于在 HashMap 中查找键，如果找不到，则返回一个默认值（这里是一个空列表）。
使用 Java 8 Stream API 简化代码
可以使用 Java 8 的 Stream API 进一步简化代码：
import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.Map; import java.util.stream.Collectors; public class Main { public void fillNestedObject() { List<Object1> listObject1 = new ArrayList<>(); // 假设 fetchObjects1FromApi() 从 API 获取 Object1 列表 // 这里用模拟数据代替 listObject1.add(createObject1("name1")); listObject1.add(createObject1("name2")); listObject1.add(createObject1("name3")); List<Object2> listObject2 = new ArrayList<>(); // 假设 fetchObjectsFromApi2() 从 API 获取 Object2 列表 // 这里用模拟数据代替 listObject2.add(createObject2("name1")); listObject2.add(createObject2("name2")); listObject2.add(createObject2("name4")); // 使用 Stream API 将 listObject2 转换为 HashMap Map<String, List<Object2>> object2Map = listObject2.stream() .collect(Collectors.groupingBy(Object2::getName)); // 遍历 listObject1，从 HashMap 中查找对应的 Object2 列表 listObject1.forEach(object1 -> { String name = object1.getName(); List<Object2> tmpList = object2Map.getOrDefault(name, new ArrayList<>()); object1.setListObject2(tmpList); }); } // 模拟创建 Object1 对象 private Object1 createObject1(String name) { Object1 object1 = new Object1(); object1.setName(name); return object1; } // 模拟创建 Object2 对象 private Object2 createObject2(String name) { Object2 object2 = new Object2(); object2.setName(name); return object2; } public static void main(String[] args) { Main main = new Main(); main.fillNestedObject(); } }
代码解释：
- 使用 Collectors.groupingBy() 创建 HashMap: listObject2.stream().collect(Collectors.groupingBy(Object2::getName)) 这行代码使用 Stream API 将 listObject2 转换为 HashMap。Collectors.groupingBy(Object2::getName) 指定了按照 Object2 的 name 属性进行分组，并将具有相同 name 属性的 Object2 对象放入同一个列表中。
注意事项与总结
- HashMap 的键的选择： 选择合适的属性作为 HashMap 的键非常重要。应该选择具有唯一性或重复度较低的属性，以提高 HashMap 的查找效率。
- 空指针异常： 在从 HashMap 中查找值时，需要注意空指针异常。可以使用 getOrDefault() 方法或进行判空处理来避免空指针异常。
- 线程安全： 如果在多线程环境下使用 HashMap，需要考虑线程安全问题。可以使用 ConcurrentHashMap 或进行同步处理。
通过使用 HashMap 优化嵌套循环，可以显著提高代码的性能，特别是当处理大量数据时。使用 Java 8 Stream API 可以进一步简化代码，提高代码的可读性和可维护性。在实际开发中，应该根据具体情况选择合适的优化方法。
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