使用Java 8和SQL高效检索每日最新时间戳数据教程

1. 问题描述

在数据处理场景中，我们经常会遇到需要从一系列记录中，根据某些条件（如实体名称、日期）筛选出最新的那条记录。例如，给定一个 currency 实体列表，其中包含货币名称（name）和接收时间（lastreceived），我们的目标是针对每种货币和每个日期，找出在该日期内接收时间最晚（最新）的那条记录。

考虑以下 Currency 类定义：

import java.time.LocalDateTime;

class Currency {
    private Integer id;
    private String name;
    private LocalDateTime lastReceived;

    // 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; }

    @Override
    public String toString() {
        return "Currency{" +
               "id=" + id +
               ", name='" + name + '\'' +
               ", lastReceived=" + lastReceived +
               '}';
    }
}

假设我们有如下数据库记录示例：

我们期望的结果是针对每种货币的每个日期，只保留时间戳最新的记录。例如，对于 "USD" 货币：

2. Java 8 Stream API 解决方案

Java 8引入的Stream API为处理集合数据提供了强大而灵活的工具。我们可以利用其分组、映射和聚合功能来实现上述需求。

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2.1 通用场景：按货币和日期分组获取最新记录

此方案适用于从包含多种货币的数据集中，为每种货币的每个日期获取最新记录。核心思路是创建一个复合键，包含货币名称和日期，然后根据这个复合键进行分组，并在每个组内找出 lastReceived 时间戳最大的记录。

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

public class CurrencyProcessor {

    public static void main(String[] args) {
        List allCurrencies = 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")),
            new Currency(7, "EUR", LocalDateTime.parse("2022-05-18T10:00:00.000")),
            new Currency(8, "EUR", LocalDateTime.parse("2022-05-18T09:30:00.000"))
        );

        List lastByDateForAllCurrencies = new ArrayList<>(allCurrencies
                .stream()
                .collect(Collectors.groupingBy(
                    // 复合键：货币名称 + 日期
                    curr -> Arrays.asList(curr.getName(), curr.getLastReceived().toLocalDate()),
                    // 在每个组内，找出lastReceived最大的Currency对象
                    Collectors.collectingAndThen(
                        Collectors.maxBy(Comparator.comparing(Currency::getLastReceived)),
                        Optional::get // 假设每个组至少有一个元素，因此Optional::get是安全的
                    )
                ))
                .values()); // 获取Map中所有值（即筛选出的最新Currency对象）

        System.out.println("--- 所有货币按日期筛选的最新记录 (未排序) ---");
        lastByDateForAllCurrencies.forEach(System.out::println);

        // 如果需要排序，可以对结果列表进行排序
        lastByDateForAllCurrencies.sort(
            Comparator.comparing(Currency::getName)
                      .thenComparing(Currency::getLastReceived)
        );
        System.out.println("\n--- 所有货币按日期筛选的最新记录 (已排序) ---");
        lastByDateForAllCurrencies.forEach(System.out::println);
    }
}

代码解析：

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1. Collectors.groupingBy(): 这是核心操作，用于将流中的元素按照指定的键进行分组。
   • 键 (curr -> Arrays.asList(curr.getName(), curr.getLastReceived().toLocalDate())): 我们创建了一个包含货币名称和日期的 List 作为复合键。toLocalDate() 方法将 LocalDateTime 转换为 LocalDate，从而忽略时间部分，只关注日期。
   • 下游收集器 (Collectors.collectingAndThen(...)): 在每个分组内部，我们希望找到 lastReceived 最大的那个 Currency 对象。
     • Collectors.maxBy(Comparator.comparing(Currency::getLastReceived)): 这个收集器会返回一个 Optional，表示组内 lastReceived 最大的元素。
     • Optional::get: 由于 groupingBy 的特性，每个分组至少会有一个元素，所以 maxBy 总是会找到一个值，因此 Optional::get 在这里是安全的。如果存在分组为空的可能，则需要更安全的 Optional 处理，例如 orElse(null) 或 orElseThrow()。
2. .values(): groupingBy 返回一个 Map，其值是每个分组筛选出的最新 Currency 对象。我们通过 .values() 获取这些对象。
3. new ArrayList(...): 将 Map 的值集合转换为 ArrayList，以便后续进行排序。
4. .sort(...): 如果需要按特定顺序（例如先按货币名称，再按接收时间）排列结果，可以对 ArrayList 进行排序。

2.2 特定货币场景：筛选后按日期分组获取最新记录

如果我们的需求是只针对某一种特定货币（例如 "USD"）进行处理，可以在分组前先进行过滤，这样可以简化分组键。

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

public class SpecificCurrencyProcessor {

    public static void main(String[] args) {
        List allCurrencies = 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 targetCurrencyName = "USD";
        List lastUSDByDate = new ArrayList<>(allCurrencies
                .stream()
                .filter(curr -> targetCurrencyName.equalsIgnoreCase(curr.getName())) // 过滤出特定货币
                .collect(Collectors.groupingBy(
                    curr -> curr.getLastReceived().toLocalDate(), // 简化分组键，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("--- USD货币按日期筛选的最新记录 ---");
        lastUSDByDate.forEach(System.out::println);
    }
}

代码解析：

1. filter(curr -> targetCurrencyName.equalsIgnoreCase(curr.getName())): 在 groupingBy 之前，先通过 filter 操作筛选出目标货币（例如 "USD"）的所有记录。
2. groupingBy(curr -> curr.getLastReceived().toLocalDate(), ...): 由于已经过滤了货币，分组键只需包含日期即可。
3. 排序：同样，可以通过 sort 方法对结果进行排序，通常按 lastReceived 时间升序排列。

3. 原生SQL查询方案

对于数据库中的大量数据，使用原生SQL查询通常是更高效的选择，尤其是在数据库层面支持窗口函数的情况下。窗口函数可以在不改变查询结果集行数的情况下，对分组内的数据进行计算。

这里以 PostgreSQL 为例，展示如何使用 ROW_NUMBER() 窗口函数实现相同的功能。

SELECT id, name, last_received
FROM (
    SELECT
        c.*,
        -- 使用 ROW_NUMBER() 窗口函数为每个 (name, date) 分组内的记录编号
        -- 按照 last_received 降序排列，最新记录的 rr 值为 1
        ROW_NUMBER() OVER (
            PARTITION BY name, to_char(last_received, 'yyyy-MM-dd')
            ORDER BY last_received DESC
        ) AS rr
    FROM Currency c
    WHERE c.name = :currName -- 可选：如果只需要特定货币
) tbl
WHERE rr = 1 -- 筛选出每个分组中编号为 1 的记录（即最新记录）
ORDER BY last_received; -- 对最终结果按接收时间排序

SQL查询解析：

1. *内层查询 (`SELECT c., ROW_NUMBER() OVER (...) AS rr 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): 这是核心部分。
     • PARTITION BY name, to_char(last_received, 'yyyy-MM-dd'): 这定义了窗口（分组）的边界。它会为每种货币（name）的每个日期（to_char(last_received, 'yyyy-MM-dd') 将时间戳转换为日期字符串）创建一个独立的组。
     • ORDER BY last_received DESC: 在每个窗口（分组）内部，记录会按照 last_received 时间戳降序排列。
     • ROW_NUMBER(): 为每个窗口内的记录分配一个从 1 开始的序列号。因此，每个分组中 last_received 最新的记录将获得 rr = 1。
   • WHERE c.name = :currName: 这是一个可选的过滤条件，用于只查询特定货币的数据。如果需要查询所有货币，可以移除此条件。
2. 外层查询 (SELECT id, name, last_received FROM (...) tbl WHERE rr = 1 ORDER BY last_received):
   • WHERE rr = 1: 从内层查询的结果中，我们只选择那些 rr 值为 1 的记录，这正是每个分组中 lastReceived 最新的那条记录。
   • ORDER BY last_received: 对最终结果进行排序，通常按 lastReceived 升序。

JPA集成注意事项：

目前，JPA（Java Persistence API）标准本身对SQL窗口函数的支持并不完善。因此，如果需要使用窗口函数，通常需要通过 @Query(nativeQuery = true, value = "...") 注解来执行原生SQL查询。

// 假设这是你的JPA Repository接口
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 rr
            FROM Currency c
            WHERE c.name = :currName
        ) tbl
        WHERE rr = 1
        ORDER BY last_received
    """)
    List findLastByDateByCurrencyName(@Param("currName") String currName);

    // 如果需要查询所有货币，可以移除 WHERE c.name = :currName
    @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 rr
            FROM Currency c
        ) tbl
        WHERE rr = 1
        ORDER BY name, last_received
    """)
    List findAllLastByDate();
}

4. 总结与注意事项

• Java 8 Stream API：

  • 优点：代码简洁、声明式，适用于内存中的小型到中型数据集。易于理解和维护，充分利用了函数式编程的优势。
  • 缺点：对于非常大的数据集，如果数据需要从数据库加载到内存中，可能会消耗大量内存并影响性能。
  • 注意事项：Optional::get 的使用需要谨慎，确保分组不会为空。toLocalDate() 方法用于精确到日期，如果需要精确到更小的时间单位（如小时），则需要调整分组键。

• 原生SQL查询（窗口函数）：

  • 优点：在数据库层面执行，通常对大数据集具有更高的性能，减少了数据传输到应用层后的处理负担。尤其适用于数据库是数据源的场景。
  • 缺点：SQL语法可能因数据库类型而异（例如 to_char 函数在不同数据库中可能写法不同）。与ORM框架（如JPA）的集成可能需要使用原生查询，失去部分ORM的抽象优势。
  • 注意事项：确保 PARTITION BY 和 ORDER BY 子句正确定义了分组和排序逻辑，以准确识别最新记录。

在实际应用中，选择哪种方案取决于具体的数据量、性能要求以及应用架构。对于数据量较小且已在内存中的数据，Java Stream API是简洁高效的选择；而对于大规模数据库数据，原生SQL查询通常能提供更好的性能。