Java 中的集合管道模式：简化数据操作
集合管道设计模式的意图
Java 中的集合管道设计模式通过按顺序链接操作来处理数据集合。利用 Java 流 API，它以声明式方式转换数据，关注应该做什么而不是怎么做。
带有现实世界示例的集合管道模式的详细解释
现实世界的示例
想象一个制造汽车的工厂装配线的现实世界示例。在这个装配线上，每个工作站对汽车底盘执行特定任务，例如安装发动机、喷漆车身、安装车轮和检查最终产品。每个工作站都接收来自前一个工作站的输出，并添加自己的处理步骤。这系列操作类似于集合管道设计模式，其中管道中的每个步骤都会转换数据并将其传递给下一个步骤，从而确保高效且有条理的工作流程。
通俗易懂的解释
Java 中的集合管道模式涉及使用 Stream API 通过一系列操作来处理数据。每个操作按顺序转换数据，类似于工厂中的装配线，促进了函数式编程原则。
维基百科说
在软件工程中，管道由一系列处理元素（进程、线程、协程、函数等）组成，这些元素按顺序排列，以便每个元素的输出成为下一个元素的输入；这个名字是根据物理管道类比而来的。通常，在连续元素之间提供一定程度的缓冲。在这些管道中流动的信息通常是记录、字节或位的流，管道中的元素可以被称为过滤器；这也称为管道和过滤器设计模式。将元素连接到管道类似于函数组合。
Java 中集合管道模式的编程示例
集合管道是一种编程模式，您可以在其中将某些计算组织为一系列操作，这些操作通过将一个操作的集合作为输出馈送到下一个操作来组合。
以下是一个集合管道设计模式的编程示例
步骤 1：过滤
我们从一个 Car 对象列表开始，我们想要过滤掉那些在 2000 年后制造的汽车。这是使用 stream() 方法从列表创建流、使用 filter() 方法过滤掉我们想要的汽车以及使用 collect() 方法将结果收集到一个新的列表中来完成的。
public static List<String> getModelsAfter2000(List<Car> cars){
return cars.stream()
.filter(car -> car.getYear() > 2000) // Filter cars manufactured after 2000
.sorted(comparing(Car::getYear)) // Sort the cars by year
.map(Car::getModel) // Get the model of each car
.collect(toList()); // Collect the results into a new list
}步骤 2：分组
接下来，我们想按类别对汽车进行分组。这是使用 groupingBy 收集器来完成的。
public static Map<Category, List<Car>> getGroupingOfCarsByCategory(List<Car> cars){
return cars.stream()
.collect(groupingBy(Car::getCategory)); // Group cars by category
}步骤 3：过滤、排序和转换
最后，我们想过滤掉一个人拥有的汽车，只包括轿车，按日期排序，然后将排序后的汽车转换为 Car 对象列表。
public static List<Car> getSedanCarsOwnedSortedByDate(List<Person> persons){
return persons.stream()
.flatMap(person -> person.getCars().stream()) // Flatten the list of cars owned by each person
.filter(car -> Category.SEDAN.equals(car.getCategory())) // Filter to only include sedans
.sorted(comparing(Car::getDate)) // Sort the cars by date
.collect(toList()); // Collect the results into a new list
}在这些方法中，集合管道模式用于以声明式方式对汽车集合执行一系列操作，从而提高可读性和可维护性。
何时在 Java 中使用集合管道模式
集合管道模式非常适合处理批量数据操作的 Java 开发人员，包括过滤、映射、排序和减少集合，尤其是在 Java 8+ Stream API 中。
使用集合管道模式
- 当您需要对数据集合执行一系列转换时。
- 当您希望提高复杂数据处理代码的可读性和可维护性时。
- 当处理大型数据集时，其中不应该将中间结果存储在内存中。
Java 中集合管道模式的现实世界应用
- .NET 中的 LINQ
- Java 8+ 中的 Stream API
- 现代函数式语言（例如，Haskell、Scala）中的集合
- 数据库查询构建器和 ORM 框架
集合管道模式的优点和权衡
优点
- 可读性：代码更具可读性和声明性，使理解操作顺序更容易。
- 可维护性：用其他操作修改或扩展管道更容易。
- 可重用性：常见操作可以抽象为可重用的函数。
- 惰性求值：某些实现允许惰性求值操作，从而提高性能。
权衡
- 性能开销：与传统循环相比，链接多个操作可能会引入开销，尤其是对于短管道或非常大的集合。
- 调试难度：由于缺少中间变量，调试一系列操作可能更具挑战性。
- 限于集合：主要侧重于集合，其效用可能在集合处理之外受到限制。