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深入Guava集合操作
在Java开发中，Google Guava库是处理集合的强大工具。起源于Google内部需求，Guava以简洁性、性能优化为理念，提供高效不可变集合和实用工具类。本文深入剖析Guava的核心功能，为开发者呈现集合操作的全新视角，无论经验水平，都能获得实用技巧和深刻见解。
一、不可变集合
1、为什么使用不可变集合
不可变对象有很多优点，包括：
- 当对象被不可信的库调用时，不可变形式是安全的；
- 不可变对象被多个线程调用时，不存在竞态条件问题
- 可变集合不需要考虑变化，因此可以节省时间和空间。所有不可变的集合都比它们的可变形式有更好的内存利用率（分析和测试细节）；
- 不可变对象因为有固定不变，可以作为常量来安全使用。
2、创建不可变集合的方式：
- copyOf方法，如ImmutableSet.copyOf(set);
- of方法，如ImmutableSet.of(“a”, “b”, “c”)或 ImmutableMap.of(“a”, 1, “b”, 2);
- Builder工具，如：
private static final ImmutableSet<String> SET = ImmutableSet.<String>builder().add("a","b").addAll(Lists.newArrayList("c","d")).build();
此外，对有序不可变集合来说，排序是在构造集合的时候完成的，如： ImmutableSortedSet.of("a", "b", "c", "a", "d", "b");
会在构造时就把元素排序为a, b, c, d。
3、asList视图
所有不可变集合都有一个asList()方法提供ImmutableList视图，来帮助你用列表形式方便地读取集合元素。例如，你可以使用sortedSet.asList().get(k)从ImmutableSortedSet中读取第k个最小元素。
asList()返回的ImmutableList通常是——并不总是——开销稳定的视图实现，而不是简单地把元素拷贝进List。也就是说，asList返回的列表视图通常比一般的列表平均性能更好，比如，在底层集合支持的情况下，它总是使用高效的contains方法。
二、关联可变集合和不可变集合
| 可变集合接口 | 属于JDK还是Guava | 不可变版本 |
|---|---|---|
| Collection | JDK | ImmutableCollection |
| List | JDK | ImmutableList |
| Set | JDK | ImmutableSet |
| SortedSet/NavigableSet | JDK | ImmutableSortedSet |
| Map | JDK | ImmutableMap |
| SortedMap | JDK | ImmutableSortedMap |
| Multiset | Guava | ImmutableMultiset |
| SortedMultiset | Guava | ImmutableSortedMultiset |
| Multimap | Guava | ImmutableMultimap |
| ListMultimap | Guava | ImmutableListMultimap |
| SetMultimap | Guava | ImmutableSetMultimap |
| BiMap | Guava | ImmutableBiMap |
| ClassToInstanceMap | Guava | ImmutableClassToInstanceMap |
| Table | Guava | ImmutableTable |
三、新集合类型
1、Multiset
Multiset可以多次添加相等元素，集合[set]概念的延伸，它的元素可以重复出现…与集合[set]相同而与元组[tuple]相反的是，Multiset元素的顺序是无关紧要的：Multiset {a, a, b}和{a, b, a}是相等的
可以用两种方式看待Multiset：
- 没有元素顺序限制的ArrayList
- Map<E, Integer>，键为元素，值为计数
（1）、常见方法
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| int count(E) | 给定元素在Multiset中的计数 |
| Set<E> elementSet() | Multiset中不重复元素的集合，类型为Set<E> |
| Set<Multiset.Entry<E>> entrySet() | 和Map的entrySet类似，返回Set<Multiset.Entry<E>>，其中包含的Entry支持getElement()和getCount()方法 |
| int add(E, int) | 增加给定元素在Multiset中的计数 |
| boolean add(E element) | 增加一个指定的元素到multiset |
| boolean contains(E element) | 判断此多集中是否包含指定的元素 |
| boolean containsAll(Collection<?> elements) | 判断此多集至少包含一个出现指定集合的所有元素 |
| remove(E, int) | 减少给定元素在Multiset中的计数,删除指定元素 |
| removeAll(Collection<?> c) | 删除包含在指定集合中的元素 |
| boolean retainAll(Collection<?> e) | 保持包含指定集合中的元素 |
| int setCount(E, int) | 设置给定元素在Multiset中的计数，不可以为负数，添加/删除指定元素，使其达到所期望的元素个数 |
| int size() | 返回集合元素的总个数（包括重复的元素） |
| Iterator iterator() | 返回一个迭代器，包含Multiset的所有元素（包括重复的元素） |
(2)、示例
/*** MultiSet*/@Testpublic void multiSetTest(){Multiset<String> multiset = HashMultiset.create();List<String> list = Lists.newArrayList("a","b","c","d","a","c","d","a","d","a");multiset.addAll(list);System.out.println("a的个数："+multiset.count("a"));System.out.println("multiset的个数："+multiset.size());Set<String> set = multiset.elementSet();System.out.println("不重复元素："+ Joiner.on(",").join(set));Iterator<String> iterator = multiset.iterator();System.out.println("multiset元素："+Joiner.on(",").join(iterator));Set<Multiset.Entry<String>> entrySet = multiset.entrySet();Map<String,Integer> setMap = Maps.newHashMap();entrySet.forEach(e -> {setMap.put(e.getElement(),e.getCount());});System.out.println("元素详情："+Joiner.on(";").withKeyValueSeparator("=").join(setMap));multiset.remove("a",2);System.out.println("删除a后，a的个数："+multiset.count("a"));System.out.println("是否包含List："+multiset.containsAll(Lists.newArrayList("a","c")));System.out.println("是否包含List："+multiset.containsAll(Lists.newArrayList("a","c","e")));}
（3）、SortedMultiset
SortedMultiset是Multiset 接口的变种，它支持高效地获取指定范围的子集
2、MultiMap
Multimap可以很容易地把一个键映射到多个值。换句话说，Multimap是把键映射到任意多个值的一般方式。 可以用两种方式思考Multimap的概念：”键-单个值映射”的集合：
a -> 1 a -> 2 a ->4 b -> 3 c -> 5
或者”键-值集合映射”的映射：
a -> [1, 2, 4] b -> 3 c -> 5
一般来说，Multimap接口应该用第一种方式看待，但asMap()视图返回Map<K, Collection>，让你可以按另一种方式看待Multimap。重要的是，不会有任何键映射到空集合：一个键要么至少到一个值，要么根本就不在Multimap中。 很少会直接使用Multimap接口，更多时候你会用ListMultimap或SetMultimap接口，它们分别把键映射到List或Set。
(1)、常用方法
| 方法 | 描述 | 等价于 |
|---|---|---|
| boolean put(K, V) | 添加键到单个值的映射 | multimap.get(key).add(value) |
| boolean putAll(K, Iterable<V>) | 依次添加键到多个值的映射 | Iterables.addAll(multimap.get(key), values) |
| remove(K, V) | 移除键到值的映射；如果有这样的键值并成功移除，返回true。 | multimap.get(key).remove(value) |
| removeAll(K) | 清除键对应的所有值，返回的集合包含所有之前映射到K的值，但修改这个集合就不会影响Multimap了。 | multimap.get(key).clear() |
| replaceValues(K, Iterable<V>) | 清除键对应的所有值，并重新把key关联到Iterable中的每个元素。返回的集合包含所有之前映射到K的值。 | multimap.get(key).clear(); Iterables.addAll(multimap.get(key), values) |
| Map<K,Collection<V>> asMap() | 获取MultiMap的视图，键值K，以及K对应的集合 | |
| void clear() | 清除所有的键值对 | |
| boolean containsEntry(Object key,Object value) | 判断是否包含key-value对应的键值对 | |
| boolean containsKey(Object key) | 判断是否包含键值key | |
| boolean containsValue(Object value) | 判断是否包含值value | |
| Collection<Map.Entry<K,V>> entries() | MultiMap为Map<Entry>情况下，返回所有的键值对集合 | |
| Collection<V> get(K k) | 返回键k对应的所有集合 | |
| boolean isEmpty() | 判断MultiMap是否是空，即不包含键值对 | |
| MultiSet<K> keys() | 返回所有的键值K，包含重复 | |
| Set<K> keySet() | 返回所有的键值K，不重复 | |
| int size() | 返回键值对的数量 | |
| Collection<V> values | 返回所有的value |
(2)、示例
/*** MultiMap*/@Testpublic void multiMapTest(){Multimap<String,String> multimap = HashMultimap.create();multimap.putAll("lower",Lists.newArrayList("a","b","c","d"));multimap.putAll("upper",Lists.newArrayList("A","B","C","D"));Map<String, Collection<String>> asMap = multimap.asMap();System.out.println("asMap视图："+Joiner.on(";").withKeyValueSeparator("=").join(asMap));Multiset<String> multisetKey = multimap.keys();System.out.println("所有的key:"+Joiner.on(",").join(multisetKey.iterator()));Set<String> keySet = multimap.keySet();System.out.println("不重复的key："+Joiner.on(",").join(keySet));System.out.println("lower:"+Joiner.on(",").join(multimap.get("lower")));multimap.put("lower","e");System.out.println("添加后的lower:"+Joiner.on(",").join(multimap.get("lower")));System.out.println("upper:"+Joiner.on(",").join(multimap.get("upper")));multimap.remove("upper","D");System.out.println("移除元素后的upper："+Joiner.on(",").join(multimap.get("upper")));System.out.println("是否包含lower-b:"+multimap.containsEntry("lower","b"));System.out.println("是否包含lower-b:"+multimap.containsEntry("lower","f"));System.out.println("是否包含key(upper):"+multimap.containsKey("upper"));System.out.println("是否包含value(c):"+multimap.containsValue("c"));Collection<Map.Entry<String,String>> collection = multimap.entries();System.out.println("MultiMap详情："+Joiner.on(";").withKeyValueSeparator("=").join(collection));Collection<String> values = multimap.values();System.out.println("MultiMap所有的value："+Joiner.on(",").join(values));}
(3)、Multimap不是Map
Multimap<K, V>不是Map<K,Collection>，虽然某些Multimap实现中可能使用了map。它们之间的显著区别包括：
-
Multimap.get(key)总是返回非null、但是可能空的集合。这并不意味着Multimap为相应的键花费内存创建了集合，而只是提供一个集合视图方便你为键增加映射值——译者注：如果有这样的键，返回的集合只是包装了Multimap中已有的集合；如果没有这样的键，返回的空集合也只是持有Multimap引用的栈对象，让你可以用来操作底层的Multimap。因此，返回的集合不会占据太多内存，数据实际上还是存放在Multimap中。
-
如果你更喜欢像Map那样，为Multimap中没有的键返回null，请使用asMap()视图获取一个Map<K, Collection<V>>。（或者用静态方法Multimaps.asMap()为ListMultimap返回一个Map<K, List<V>>。对于SetMultimap和SortedSetMultimap，也有类似的静态方法存在）
-
当且仅当有值映射到键时，Multimap.containsKey(key)才会返回true。尤其需要注意的是，如果键k之前映射过一个或多个值，但它们都被移除后，Multimap.containsKey(key)会返回false。
-
Multimap.entries()返回Multimap中所有”键-单个值映射”——包括重复键。如果你想要得到所有”键-值集合映射”，请使用asMap().entrySet()。
-
Multimap.size()返回所有”键-单个值映射”的个数，而非不同键的个数。要得到不同键的个数，请改用Multimap.keySet().size()。
(4)、Multimap的各种实现
| 实现 | 键行为类似 | 值行为类似 |
|---|---|---|
| ArrayListMultimap | HashMap | ArrayList |
| HashMultimap | HashMap | HashSet |
| LinkedListMultimap | LinkedHashMap | LinkedList |
| LinkedHashMultimap | LinkedHashMap | LinkedHashMap |
| TreeMultimap | TreeMap | TreeSet |
| ImmutableListMultimap | ImmutableMap | ImmutableList |
| ImmutableSetMultimap | ImmutableMap | ImmutableSet |
除了两个不可变形式的实现，其他所有实现都支持null键和null值
-
LinkedListMultimap.entries()保留了所有键和值的迭代顺序。详情见doc链接。
-
LinkedHashMultimap保留了映射项的插入顺序，包括键插入的顺序，以及键映射的所有值的插入顺序。 请注意，并非所有的Multimap都和上面列出的一样，使用Map<K, Collection<V>>来实现（特别是，一些Multimap实现用了自定义的hashTable，以最小化开销）
3、BiMap
BiMap<K, V>是特殊的Map：
- 可以用 inverse()反转BiMap<K, V>的键值映射
- 保证值是唯一的，因此 values()返回Set而不是普通的Collection
在BiMap中，如果你想把键映射到已经存在的值，会抛出IllegalArgumentException异常。
（1）、常用方法
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| V forcePut(String key, V value) | 对于特定的值，强制替换它的键 |
| BiMap<K,V> inverse() | k-v键值对的转换，即v-k |
| V put<K key,V value> | 关联v到k |
| void putAll(Map<? extend k,? extend V> map) | 将map加入到BiMap |
| Set values() | 返回BiMap映射中包含的Collection视图 |
(2)、BiMap的各种实现
| 键–值实现 | 值–键实现 | 对应的BiMap实现 |
|---|---|---|
| HashMap | HashMap | HashBiMap |
| ImmutableMap | ImmutableMap | ImmutableBiMap |
| EnumMap | EnumMap | EnumBiMap |
| EnumMap | HashMap | EnumHashBiMap |
（3）、示例
/*** BiMap*/@Testpublic void biMapTest(){BiMap<String, String> biMap = HashBiMap.create();biMap.putAll(ImmutableMap.of("a","1","b","2","c","3","d","4","e","5"));System.out.println("所有的值："+Joiner.on(",").join(biMap.values()));System.out.println("转换后所有的值："+Joiner.on(",").join(biMap.inverse().values()));String v = biMap.forcePut("a","10");System.out.println("替换的值："+v);System.out.println("所有的值："+Joiner.on(",").join(biMap.values()));}
4、Table
Table是Guava提供的一个接口 Interface Table<R,C,V>，由rowKey+columnKey+value组成 它有两个键，一个值，和一个n行三列的数据表类似，n行取决于Table对对象中存储了多少个数据。
（1）、常用方法
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| Set<Table.Cell<R,C,V>> cellSet() | 返回集合中的行键，列键，值三元组 |
| void clear() | 清除所有的键值对 |
| Map<R,V> column(C columnKey) | 获取列键对应的键值对 |
| Map<C,V> row(R row) | 获取行键对应的列以及值 |
| Set<C> columnKeySet() | 获取所有的列键 |
| Set<R> rowKeySet() | 获取行键 |
| Map<C,Map<R,V>> columnMap | 返回列键对应的行键-值的视图 |
| boolean contains(Object rowKey,Object columnKey) | 判断是否包含指定的行键，列键 |
| boolean containsColumn(Object columnKey) | 判断是否包含指定的列键 |
| boolean containsRow(Object rowKey) | 判断是否包含指定的行键 |
| boolean containsValue(Object value) | 判断是否包含值 |
| V get(Object rowKey,Object columnKey) | 返回指定的行键，列键对应的值，不存在则返回null |
| boolean isEmpty() | 判断集合是否为空 |
| V put(Object rowKey,Object columnKey,Object value) | put值 |
| void putAll(Table<? extend R,? extend C,? extend V> table) | put指定的table |
| V remove(Object rowKey,Object columnKey) | 如果有，则移除指定行键，列键 |
| Map<R,Map<C,V>> rowMap() | 获取每个行键对应的列键，值的视图 |
| int size() | 集合的个数(行键/列键/值) |
| Collection<V> values() | 集合值的集合，包括重复的 |
(2)、示例
/*** Table*/@Testpublic void tableTest(){Table<String,String,Integer> table = HashBasedTable.create();table.put("grade_1","class_1",100);table.put("grade_1","class_2",95);table.put("grade_1","class_3",80);table.put("grade_2","class_1",88);table.put("grade_2","class_2",95);table.put("grade_2","class_3",99);table.put("grade_2","class_3",100);Set<Table.Cell<String,String,Integer>> cellSet = table.cellSet();cellSet.forEach(cell -> {System.out.println("table中的行："+cell.getRowKey()+";列："+cell.getColumnKey()+";值："+cell.getValue());});System.out.println("grade1对应的class："+Joiner.on(";").withKeyValueSeparator("=").join(table.row("grade_1")));System.out.println("class1对应的grade："+Joiner.on(";").withKeyValueSeparator("=").join(table.column("class_1")));System.out.println("所有的grade:"+Joiner.on(",").join(table.rowKeySet()));System.out.println("所有的class："+Joiner.on(",").join(table.columnKeySet()));Map<String,Map<String,Integer>> rowMap = table.rowMap();rowMap.forEach((row,map) -> {System.out.println(row +"行对应的列值："+Joiner.on(";").withKeyValueSeparator("=").join(map));});Map<String,Map<String,Integer>> columnMap = table.columnMap();columnMap.forEach((column,map) -> {System.out.println(column +"列对应的行值："+Joiner.on(";").withKeyValueSeparator("=").join(map));});System.out.println("是否包含grade_1 和 class_2:"+table.contains("grade_1","class_2"));table.remove("grade_1","class_2");System.out.println("是否包含grade_1 和 class_2:"+table.contains("grade_1","class_2"));}
（3）、Table有如下几种实现：
-
HashBasedTable：本质上用HashMap<R, HashMap<C, V>>实现；
-
TreeBasedTable：本质上用TreeMap<R, TreeMap<C,V>>实现；
-
ImmutableTable：本质上用ImmutableMap<R, ImmutableMap<C, V>>实现；注：ImmutableTable对稀疏或密集的数据集都有优化。
-
ArrayTable：要求在构造时就指定行和列的大小，本质上由一个二维数组实现，以提升访问速度和密集Table的内存利用率。ArrayTable与其他Table的工作原理有点不同。
5、ClassToInstanceMap
ClassToInstanceMap是一种特殊的Map：它的键是类型，而值是符合键所指类型的对象。
为了扩展Map接口，ClassToInstanceMap额外声明了两个方法：T getInstance(Class T) 和T putInstance(Class , T)，从而避免强制类型转换，同时保证了类型安全。
ClassToInstanceMap有唯一的泛型参数，通常称为B，代表Map支持的所有类型的上界。
对于ClassToInstanceMap，Guava提供了两种有用的实现：MutableClassToInstanceMap和 ImmutableClassToInstanceMap。
示例
/*** ClassToInstanceMap*/@Testpublic void classToInstanceMapTest(){ClassToInstanceMap<Number> instanceMap = MutableClassToInstanceMap.create();instanceMap.putInstance(Integer.class,123);instanceMap.putInstance(Long.class,456L);instanceMap.putInstance(Double.class,789.09);System.out.println("Integer:"+instanceMap.getInstance(Integer.class));System.out.println("Long:"+instanceMap.getInstance(Long.class));System.out.println("Double:"+instanceMap.getInstance(Double.class));}
6、RangSet
RangeSet描述了一组不相连的、非空的区间。当把一个区间添加到可变的RangeSet时，所有相连的区间会被合并，空区间会被忽略。
结论
通过深入探索Google Guava库的集合操作，我们不仅仅发现了一个功能强大的工具，更是领略到了一个高效、简洁的Java编程理念。Guava不仅提供了基础数据结构，还为开发者提供了一整套处理集合的利器，从不可变集合到高效工具类，无一不展现出其设计的巧妙之处。
在实际项目中，Guava为我们提供了更清晰、更简单的集合操作方式，帮助我们避免了许多常见的错误和异常。它的性能优化更是让我们在处理大规模数据时事半功倍。
作为Java开发者，我们应该充分了解并灵活运用Guava库，以提高代码的可读性、可维护性和性能。无论是新手还是老手，Guava都能为我们的开发工作带来便捷和效率。
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