Java9+：轻松统计词频无需循环比较

本文深入探讨了在Java 9及更高版本中，如何摆脱传统循环的束缚，高效统计并比较字符串中特定词语（例如"cat"和"dog"）的出现次数。利用`java.util.regex.Matcher`类的`results().count()`方法，开发者可以采用简洁、声明式的编程方式，避免冗长的循环代码，显著提升代码的可读性和维护性。文章通过实例代码详细展示了如何使用正则表达式，结合流式API，实现无需显式循环的字符串词频统计功能，并对比了传统方法的局限性，强调了Java 9+新特性在字符串处理方面的优势。同时，也提醒开发者注意Java版本要求、性能考量、大小写敏感性以及线程安全等问题，为开发者提供全面的指导。

1. 问题背景与挑战

在字符串处理中，一个常见的需求是统计特定子字符串（词语）的出现次数。更进一步，有时我们需要比较两个不同词语在给定字符串中的出现频率是否一致。传统的做法往往涉及使用 for 或 while 循环结合 indexOf 或 substring 方法进行迭代查找和计数。然而，在追求代码简洁性、声明式编程风格或特定场景下（例如，面试中要求避免显式循环），我们需要寻找一种更优雅、更现代的解决方案。

例如，给定一个字符串，我们需要判断其中“cat”和“dog”这两个词语的出现次数是否相同。初始的尝试可能仅判断字符串是否包含这两个词，但这并不能满足计数并比较的需求。

class Main {
    public static boolean catsDogs(String s) {
        String cat = "cat";
        String dog = "dog";
        // 这种方式只能判断是否存在，无法统计次数并比较
        if (s.contains(cat) && s.contains(dog)) {
            return true;
        } 
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(catsDogs("catdog"));      // => true (但实际需求是计数)
        System.out.println(catsDogs("catcat"));     // => false (这里应该返回false，因为dog不存在)
        System.out.println(catsDogs("1cat1cadodog")); // => true (这里应该返回true，因为cat和dog各出现一次)
    }
}

上述代码的局限性在于它只检查了词语的存在性，而没有进行精确的计数比较，因此无法满足实际需求。

2. Java 9+ 正则表达式解决方案

从 Java 9 开始，java.util.regex.Matcher 类引入了一个强大的新特性：results() 方法。该方法返回一个 Stream，允许我们以流式操作的方式处理所有的匹配结果。结合流API，我们可以非常方便地获取匹配的数量，而无需编写显式的循环。

2.1 核心方法：Matcher.results().count()

Matcher.results() 方法返回一个 Stream，其中每个 MatchResult 对象代表一个匹配项。通过对这个流调用 count() 终端操作，我们可以直接获取匹配的总数。这种方式将迭代过程封装在库内部，对开发者而言是“无循环”的。

2.2 实现步骤

1. 编译正则表达式模式： 使用 Pattern.compile() 方法为每个需要计数的词语创建 Pattern 对象。
2. 创建匹配器： 使用 Pattern 对象的 matcher() 方法，传入待分析的字符串，创建 Matcher 对象。
3. 获取匹配流并计数： 对每个 Matcher 对象调用 results().count() 方法，获取相应词语的出现次数。
4. 比较计数结果： 将两个词语的计数结果进行比较，判断它们是否相等。

2.3 示例代码

以下代码展示了如何利用 Java 9+ 的 results().count() 方法来实现无需显式循环的词语出现次数比较：

import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;

public class WordCountComparator {

    /**
     * 判断字符串中"cat"和"dog"的出现次数是否相等。
     * 该方法利用Java 9+的正则表达式API，无需显式循环。
     *
     * @param s 待分析的输入字符串。
     * @return 如果"cat"和"dog"的出现次数相等，则返回true；否则返回false。
     */
    public static boolean catsDogs(String s) {
        // 1. 编译正则表达式模式
        Pattern pCat = Pattern.compile("cat");
        Pattern pDog = Pattern.compile("dog");

        // 2. 创建匹配器
        Matcher mCat = pCat.matcher(s);
        Matcher mDog = pDog.matcher(s);

        // 3. 获取匹配流并计数
        // results().count() 方法返回一个long类型，表示匹配到的次数
        long catCount = mCat.results().count();
        long dogCount = mDog.results().count();

        // 4. 比较计数结果
        return (catCount == dogCount);
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("catdog: " + catsDogs("catdog"));         // => true (cat:1, dog:1)
        System.out.println("catcat: " + catsDogs("catcat"));        // => false (cat:2, dog:0)
        System.out.println("1cat1cadodog: " + catsDogs("1cat1cadodog")); // => true (cat:1, dog:1)
        System.out.println("catdogcatdog: " + catsDogs("catdogcatdog")); // => true (cat:2, dog:2)
        System.out.println("dogcatdog: " + catsDogs("dogcatdog"));     // => false (cat:1, dog:2)
        System.out.println("nocatnodog: " + catsDogs("nocatnodog"));   // => true (cat:0, dog:0)
        System.out.println("catdogcatdogcat: " + catsDogs("catdogcatdogcat")); // => false (cat:3, dog:2)
    }
}

3. 注意事项与扩展

• Java 版本要求： Matcher.results() 方法是 Java 9 及更高版本引入的特性。如果您的项目使用的是 Java 8 或更早的版本，此方法将不可用。对于旧版本，可能需要采用其他策略，例如使用 String.split() 结合数组长度，或者仍然需要某种形式的循环（尽管可以通过递归或巧妙的字符串替换来“伪装”）。
• 性能考量： 对于非常大的字符串和复杂的正则表达式，正则表达式引擎的性能需要考虑。然而，对于简单的子字符串匹配，Pattern 和 Matcher 提供了高效的实现。
• 大小写敏感性： 默认情况下，Pattern.compile("cat") 是大小写敏感的。如果需要进行大小写不敏感的匹配，可以使用 Pattern.compile("cat", Pattern.CASE_INSENSITIVE)。
• 精确匹配： Pattern.compile("cat") 会匹配所有包含“cat”的子串，例如“concatenate”中的“cat”。如果需要匹配独立的单词，可以使用词边界 \b，例如 Pattern.compile("\\bcat\\b")。
• 线程安全： Pattern 对象是线程安全的，可以被多个线程共享。但 Matcher 对象不是线程安全的，每次匹配操作都应该创建一个新的 Matcher 实例。在上述示例中，我们为每个模式和字符串组合都创建了新的 Matcher，符合最佳实践。

4. 总结

利用 Java 9+ 的 java.util.regex.Matcher.results().count() 方法，我们可以以一种声明式、高效且无需显式循环的方式，轻松实现字符串中特定词语出现次数的统计和比较。这种方法不仅提升了代码的简洁性和可读性，也展示了现代 Java API 在处理字符串和正则表达式方面的强大能力。在开发过程中，优先考虑使用这类高级API，可以有效优化代码结构和开发效率。

以上就是《Java9+：轻松统计词频无需循环比较》的详细内容，更多关于的资料请关注golang学习网公众号！