Java Stream API：获取HashMap中所有具有第二高值的条目

本文详细阐述了如何利用java stream api，从hashmap中高效地检索所有拥有第二高数值的键值对。针对当多个条目共享同一第二高值的情况，教程提出了一种结合`groupingby`收集器和排序操作的健壮解决方案，确保能够完整地获取所有符合条件的键值对，而非仅仅一个。

背景与挑战

在Java开发中，我们经常需要对集合数据进行处理，例如从HashMap中查找特定条件的条目。一个常见的需求是获取Map中具有第二高值的条目。然而，当多个键值对可能共享同一个第二高值时，传统的skip(1).findFirst()方法只能返回其中一个条目，无法满足获取所有符合条件条目的需求。本教程将深入探讨如何使用Java Stream API来解决这一问题，确保在存在多个第二高值条目时，能够完整地检索它们。

初始尝试及局限性

考虑以下HashMap数据：

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); // Amit的值被更新为8
map.put("Rajesh", 7);

经过put("Amit",8)操作后，map的最终状态为：{Pankaj=1, Amit=8, Rahul=5, Chetan=7, Vinod=6, Rajesh=7}。

一个常见的、用于获取单个第二高值条目的Stream操作示例如下：

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

这段代码首先将Map的条目按值进行降序排序。skip(1)跳过第一个（最高值）条目，findFirst()则获取紧随其后的条目。对于上述数据，最高值是8（对应"Amit"），第二高值是7（对应"Chetan"和"Rajesh"）。然而，findFirst()只会返回排序后的第一个第二高值条目，例如Chetan=7，而无法获取到Rajesh=7。这显然不符合“获取所有第二高值条目”的需求。

解决方案：先分组再排序

为了解决上述局限性，我们需要一种方法来识别所有具有相同值的条目，并将它们作为一个整体进行处理。Java Stream API的Collectors.groupingBy()方法是实现这一目标的关键。

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核心思路是：

1. 首先，将Map的条目按照它们的值进行分组。这将生成一个Map>>，其中键是原始Map的值，而值是所有拥有该值的原始Map条目列表。
2. 然后，对这个新的分组Map的条目进行Stream操作。
3. 对分组后的Map条目（即Map.Entry>>）进行排序。此时，我们应该根据分组的键（也就是原始Map的值）进行降序排序。
4. 使用skip(1)跳过最高值的分组。
5. 使用findFirst()获取第二个最高值的分组。
6. 从这个分组中提取其值，这个值就是一个包含所有第二高值条目的列表。

完整代码示例

以下是实现这一解决方案的完整Java代码：

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) {
        // 原始HashMap，注意Amit的值最终为8
        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); // Amit的值被更新为8
        map.put("Rajesh", 7);

        // 打印最终的Map状态以供参考
        System.out.println("Original Map (final state): " + map);

        // 使用Stream API获取所有具有第二高值的条目
        List> result = map.entrySet()
                .stream()
                // 步骤1: 按值进行分组。
                // 结果是一个Map>>
                // 例如: {1=[Pankaj=1], 8=[Amit=8], 5=[Rahul=5], 7=[Chetan=7, Rajesh=7], 6=[Vinod=6]}
                .collect(Collectors.groupingBy(Entry::getValue))
                // 步骤2: 获取分组Map的entrySet，对其进行Stream操作
                .entrySet()
                .stream()
                // 步骤3: 对分组后的Map条目（键是值，值是列表）按键（即原始值）进行降序排序
                // 这样，值8的分组排在最前面，然后是值7的分组，以此类推
                .sorted(Collections.reverseOrder(Map.Entry.comparingByKey()))
                // 步骤4: 跳过第一个分组（最高值的分组）
                .skip(1)
                // 步骤5: 获取第二个分组（第二高值的分组）
                .findFirst()
                // 确保存在第二个分组，否则会抛出NoSuchElementException
                .get()
                // 步骤6: 从第二个分组中提取其值，即包含所有第二高值条目的列表
                .getValue();

        System.out.println("Entries with second highest value: " + result);
    }
}

运行结果

执行上述代码，将得到如下输出：

Original Map (final state): {Pankaj=1, Amit=8, Rahul=5, Chetan=7, Vinod=6, Rajesh=7}
Entries with second highest value: [Rajesh=7, Chetan=7]

可以看到，程序成功地识别并返回了所有具有第二高值（7）的条目：Rajesh=7和Chetan=7。

关键概念与注意事项

1. Collectors.groupingBy(Entry::getValue): 这是此解决方案的核心。它将Stream>转换为Map>>。Entry::getValue是Entry的getValue()方法的Method Reference，用于指定分组的键。
2. Map.Entry.comparingByKey(): 当我们对分组后的Map.Entry>>进行排序时，comparingByKey()是根据分组的键（即原始Map的值，类型为Integer）进行比较。
3. Collections.reverseOrder(): 确保排序是降序的，这样最高值的分组会排在前面。
4. skip(1).findFirst().get(): 这组操作用于获取Stream中的第二个元素。请注意，get()方法在Stream为空或没有足够元素时会抛出NoSuchElementException。在生产代码中，建议使用orElse或orElseThrow来更安全地处理Optional结果，例如findFirst().orElse(null)或findFirst().orElseThrow(() -> new IllegalStateException("No second highest value found."))。
5. 处理空Map或不足够的唯一值: 如果原始Map为空，或者只有一个唯一的最大值（即没有第二高值），skip(1)之后可能就没有元素了，此时findFirst().get()会抛出异常。在实际应用中，需要添加额外的逻辑来处理这些边界情况，例如检查Optional的isPresent()方法。

总结

通过巧妙地结合Collectors.groupingBy()进行预处理，然后对分组结果进行排序和筛选，Java Stream API提供了一种强大且表达力强的方式来解决“获取HashMap中所有具有第二高值的条目”这一复杂问题。这种方法不仅能够正确处理多个条目共享同一第二高值的情况，还保持了代码的简洁性和可读性，充分展现了Stream API在数据处理方面的优势。