"树形List"与"扁平List"互转（Java实现）
背景：在平时的开发中，我们时常会遇到下列场景
- 公司的组织架构的数据存储与展示
- 文件夹层级的数据存储与展示
- 评论系统中，父评论与诸多子评论的数据存储与展示
- ......
对于这种有层级的结构化数据，就像是一棵树一样。在关系型数据库中，通常将一个个的节点信息存储到表中，通过一个字段（例如，pid），指向其父节点。而在数据展示的时候，我们又希望它是呈现层级的，例如：
id name pid
1 总公司 -1
2 上海分公司 1
3 浙江分公司 1
4 闵行区分公司 2
5 嘉兴分公司 3
{
"id": 1,
"name": "总公司",
"pid": -1,
"branch":
[
{
"id": 2,
"name": "上海分公司",
"pid": 1,
"branch":
[
{
"id": 4,
"name": "闵行区分公司",
"pid": 2,
"branch":
[]
}
]
},
{
"id": 3,
"name": "浙江分公司",
"pid": 1,
"branch":
[
{
"id": 5,
"name": "嘉兴分公司",
"pid": 3,
"branch":
[]
}
]
}
]
}所以，本文的主要内容就是提供几种方案，实现这两类数据的转换方式。
内容导览
存储树的表结构
如何在一张数据库表中表示一颗树结构中的所有节点信息，这里有一个示例：
DROP TABLE IF EXISTS zj_city;
CREATE TABLE zj_city (
id BIGINT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
name VARCHAR(50) COMMENT '节点名称',
pid int NOT NULL COMMENT '父节点',
create_time DATETIME DEFAULT now() COMMENT '创建时间: 年-月-日 时:分:秒',
update_time DATETIME DEFAULT now() ON UPDATE now() COMMENT '更新时间',
is_deleted BIT DEFAULT 0 COMMENT '是否删除：0-false-未删除;1-true-已删除',
PRIMARY KEY (id)
)COMMENT '浙江城市';
INSERT INTO zj_city(name, pid) VALUES
('浙江省',0),
('金华市',1),
('嘉兴市',1),
('杭州市',1),
('宁波市',1);
INSERT INTO zj_city(name, pid) VALUES
('下城区',4),
('钱塘区',4),
('西湖区',4),
('上城区',4);
INSERT INTO zj_city(name, pid) VALUES
('南湖区',3),
('秀洲区',3),
('桐乡市',3),
('平湖市',3),
('海宁市',3);
INSERT INTO zj_city(name, pid) VALUES
('梧桐街道',12),
('凤鸣街道',12),
('龙翔街道',12),
('崇福镇',12),
('乌镇镇',12),
('高桥镇',12),
('河山镇',12),
('濮院镇',12);
SELECT * from zj_city;扁平List转树形List
应用场景
- 公司组织结构
- 省市级
- 评论系统中，父评论与诸多子评论
- 其他层级展示的数据
双层for
主要思想：外层循环-找父节点；内层循环-找子节点；因为每个元素都会找一遍，所有最终得到完整的树
import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.ks.boot.entity.CityEntity;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class TreeListDemo {
List<CityEntity> cityEntities;
/**
* id name pid
* 1 浙江 0
* 2 杭州 1
* 3 嘉兴 1
* 4 南湖 3
* 5 桐乡 3
* 6 余杭 2
* 7 西湖 2
* 8 云南 0
* 9 昆明 8
* 10 昭通 8
*/
@BeforeEach
public void init() {
cityEntities = JSON.parseArray("[{\"id\":1,\"name\":\"浙江\",\"pid\":0},\n" +
"{\"id\":2,\"name\":\"杭州\",\"pid\":1},\n" +
"{\"id\":3,\"name\":\"嘉兴\",\"pid\":1},\n" +
"{\"id\":4,\"name\":\"南湖\",\"pid\":3},\n" +
"{\"id\":5,\"name\":\"桐乡\",\"pid\":3},\n" +
"{\"id\":6,\"name\":\"余杭\",\"pid\":2},\n" +
"{\"id\":7,\"name\":\"西湖\",\"pid\":2},\n" +
"{\"id\":8,\"name\":\"云南\",\"pid\":0},\n" +
"{\"id\":9,\"name\":\"昆明\",\"pid\":8},\n" +
"{\"id\":10,\"name\":\"昭通\",\"pid\":8}]", CityEntity.class);
}
@Test
public void testList2Tree() {
List<CityEntity> resultTree = list2Tree(this.cityEntities);
System.out.println(JSON.toJSONString(resultTree));
}
/**
* 双层for，List转Tree
* 主要思想：外层循环-找父节点；内层循环-找子节点；因为每个元素都会找一遍，所有最终得到完整的树
* 时间复杂度：N^2；空间复杂度：N
*/
public List<CityEntity> list2Tree(List<CityEntity> cityEntities) {
List<CityEntity> resultCities = new ArrayList<>();
for (CityEntity city : cityEntities) {
if(0 == city.getPid()) { //根节点、顶级节点，直接放入最终返回结果的List
resultCities.add(city);
}
for (CityEntity curCity : cityEntities) { //根据当前city找它的子节点
if(city.getId().equals(curCity.getPid())) {
if(city.getSubCityList() == null) { //还没有任何子节点，new一个空的放进去
city.setSubCityList(new ArrayList<>());
}
city.getSubCityList().add(curCity);
}
}
}
return resultCities;
}
}
public class CityEntity {
private Long id;
private String name;
private Long pid;
private List<CityEntity> subCityList;
getter/setter
}递归
主要思想：获取所有根节点、顶级节点，再从List中查找根节点的子节点；
import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.ks.boot.entity.CityEntity;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class TreeListDemo {
List<CityEntity> cityEntities;
/**
* id name pid
* 1 浙江 0
* 2 杭州 1
* 3 嘉兴 1
* 4 南湖 3
* 5 桐乡 3
* 6 余杭 2
* 7 西湖 2
* 8 云南 0
* 9 昆明 8
* 10 昭通 8
*/
@BeforeEach
public void init() {
cityEntities = JSON.parseArray("[{\"id\":1,\"name\":\"浙江\",\"pid\":0},\n" +
"{\"id\":2,\"name\":\"杭州\",\"pid\":1},\n" +
"{\"id\":3,\"name\":\"嘉兴\",\"pid\":1},\n" +
"{\"id\":4,\"name\":\"南湖\",\"pid\":3},\n" +
"{\"id\":5,\"name\":\"桐乡\",\"pid\":3},\n" +
"{\"id\":6,\"name\":\"余杭\",\"pid\":2},\n" +
"{\"id\":7,\"name\":\"西湖\",\"pid\":2},\n" +
"{\"id\":8,\"name\":\"云南\",\"pid\":0},\n" +
"{\"id\":9,\"name\":\"昆明\",\"pid\":8},\n" +
"{\"id\":10,\"name\":\"昭通\",\"pid\":8}]", CityEntity.class);
}
/**
* 递归，List转Tree
* 主要思想：获取所有根节点、顶级节点，再从List中查找根节点的子节点；
* 时间复杂度：N*(1+N)/2，O(N^2)，因为递归方法中，最好是List的第一元素就是要找的子节点，最坏是
* List的最后一个元素是子节点
*/
@Test
public void testList2Tree() {
List<CityEntity> resultCities = new ArrayList<>();
for (CityEntity city : cityEntities) {
if(0 == city.getPid()) { //获取所有根节点、顶级节点，再根据根节点进行递归
CityEntity topCity = findChild(cityEntities, city); //此时的topCity已经包含它的所有子节点
resultCities.add(topCity);
}
}
System.out.println(JSON.toJSONString(resultCities));
}
/**
*
* @param cityEntities 在那个里面找
* @param curCity 找谁的子节点
* @return curCity的子节点
*/
public CityEntity findChild(List<CityEntity> cityEntities, CityEntity curCity) {
for (CityEntity city : cityEntities) {
if(curCity.getId().equals(city.getPid())) {
if(null == curCity.getSubCityList()) {
curCity.setSubCityList(new ArrayList<>());
}
CityEntity subChild = findChild(cityEntities, city); //每次递归，都从头开始查找有没有city的子节点
curCity.getSubCityList().add(subChild);
}
}
return curCity;
}
}
public class CityEntity {
private Long id;
private String name;
private Long pid;
private List<CityEntity> subCityList;
getter/setter
}转换为Map
主要思想：
- 在双层for的解法中，由于内层for也需要遍历以便List，造成时间复杂度上身为平方级
- 如果内层for不需要遍历完整的List，而是事先预处理到Map中，寻找时直接从Map中获取，则时间复杂度降为LogN
import com.alibaba.fastjson2.JSON;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Collectors;
public class TreeListDemo {
List<CityEntity> cityEntities;
/**
* id name pid
* 1 浙江 0
* 2 杭州 1
* 3 嘉兴 1
* 4 南湖 3
* 5 桐乡 3
* 6 余杭 2
* 7 西湖 2
* 8 云南 0
* 9 昆明 8
* 10 昭通 8
*/
@BeforeEach
public void init() {
cityEntities = JSON.parseArray("[{\"id\":1,\"name\":\"浙江\",\"pid\":0},\n" +
"{\"id\":2,\"name\":\"杭州\",\"pid\":1},\n" +
"{\"id\":3,\"name\":\"嘉兴\",\"pid\":1},\n" +
"{\"id\":4,\"name\":\"南湖\",\"pid\":3},\n" +
"{\"id\":5,\"name\":\"桐乡\",\"pid\":3},\n" +
"{\"id\":6,\"name\":\"余杭\",\"pid\":2},\n" +
"{\"id\":7,\"name\":\"西湖\",\"pid\":2},\n" +
"{\"id\":8,\"name\":\"云南\",\"pid\":0},\n" +
"{\"id\":9,\"name\":\"昆明\",\"pid\":8},\n" +
"{\"id\":10,\"name\":\"昭通\",\"pid\":8}]", CityEntity.class);
}
/**
* 在双层for的解法中，由于内层for也需要遍历以便List，造成时间复杂度上身为平方级
* 如果内层for不需要遍历完整的List，而是事先预处理到Map中，寻找时直接从Map中获取，则时间复杂度降为LogN
*/
@Test
public void list2tree() {
//收集每个PID下的节点为Map
Map<Long, List<CityEntity>> cityMapByPid = cityEntities.stream().collect(Collectors.groupingBy(CityEntity::getPid));
List<CityEntity> resultCityList = new ArrayList<>();
for (CityEntity city : cityEntities) {
if(0 == city.getPid()) { //根节点、顶点
resultCityList.add(city);
}
List<CityEntity> citiesByPid = cityMapByPid.get(city.getId());
if(null != citiesByPid && citiesByPid.size() > 0) { //有子节点
if(null == city.getSubCityList()) {
city.setSubCityList(new ArrayList<>());
}
city.getSubCityList().addAll(citiesByPid); //塞入
}
}
System.out.println(JSON.toJSONString(resultCityList));
}
/**
* 简化写法：在收集到Map时，对于没有子节点的节点，创建一个空的塞入到Map中
*/
@Test
public void list2tree4Simple() {
List<CityEntity> resultCityList = new ArrayList<>();
//保存每个PID下的子节点
Map<Long, List<CityEntity>> cityMapByPid = new HashMap<>();
for (CityEntity city : cityEntities) { //收集每个PID下的子节点
//获取当前PID对应的子节点List，如果没有则创建一个空的List塞入
//这个设计得很巧妙
List<CityEntity> children = cityMapByPid.getOrDefault(city.getPid(), new ArrayList<>());
children.add(city); //插入当前元素
cityMapByPid.put(city.getPid(), children);
}
for (CityEntity city : cityEntities) {
if(0 == city.getPid()) { //根节点、顶点
resultCityList.add(city);
}
city.setSubCityList(cityMapByPid.get(city.getId()));
}
System.out.println(JSON.toJSONString(resultCityList));
}
}栈
主要思想
- 收集根节点、顶级节点，存入resultList，并且压栈
- 循环出栈，栈元素Cur
- 找Cur的所有子元素为child
- 如果child不为空，则再压入栈中。这一步的目的是，再一次找child的子元素
import com.alibaba.fastjson2.JSON;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import java.util.*;
import java.util.stream.Collectors;
public class TreeListDemo {
List<CityEntity> cityEntities;
/**
* id name pid
* 1 浙江 0
* 2 杭州 1
* 3 嘉兴 1
* 4 南湖 3
* 5 桐乡 3
* 6 余杭 2
* 7 西湖 2
* 8 云南 0
* 9 昆明 8
* 10 昭通 8
*/
@BeforeEach
public void init() {
cityEntities = JSON.parseArray("[{\"id\":1,\"name\":\"浙江\",\"pid\":0},\n" +
"{\"id\":2,\"name\":\"杭州\",\"pid\":1},\n" +
"{\"id\":3,\"name\":\"嘉兴\",\"pid\":1},\n" +
"{\"id\":4,\"name\":\"南湖\",\"pid\":3},\n" +
"{\"id\":5,\"name\":\"桐乡\",\"pid\":3},\n" +
"{\"id\":6,\"name\":\"余杭\",\"pid\":2},\n" +
"{\"id\":7,\"name\":\"西湖\",\"pid\":2},\n" +
"{\"id\":8,\"name\":\"云南\",\"pid\":0},\n" +
"{\"id\":9,\"name\":\"昆明\",\"pid\":8},\n" +
"{\"id\":10,\"name\":\"昭通\",\"pid\":8}]", CityEntity.class);
}
/**
* 主要思想：
* 收集根节点、顶级节点，存入resultList，并且压栈
* 循环出栈，栈元素Cur
* 找Cur的所有子元素为child
* 如果child不为空，则再压入栈中。这一步的目的是，再一次找child的子元素
* 时间复杂度：N(过滤出所有跟节点) + 常数(出栈) * N(遍历List找当前节点的子元素)
*/
@Test
public void list2tree() {
List<CityEntity> resultCityList = new ArrayList<>();
Stack<CityEntity> stack = new Stack<>();
resultCityList = cityEntities.stream().filter(ele -> 0 == ele.getPid()).collect(Collectors.toList());
stack.addAll(resultCityList); //根节点、顶点入栈
while(!stack.isEmpty()) {
CityEntity curCity = stack.pop();
List<CityEntity> child = cityEntities.stream().filter(ele -> curCity.getId().equals(ele.getPid())).collect(Collectors.toList());
if(!child.isEmpty()) { //这一步处理的原因是：当没有子元素，不显示该个字段。流处理后没有元素只会返回空List，不会返回null
curCity.setSubCityList(child);
}
if(!child.isEmpty()) {
stack.addAll(child);
}
}
System.out.println(JSON.toJSONString(resultCityList));
}
}
树形List转扁平List
递归
主要思想：遍历树节点，一个树节点如果有子树，则再次递归此子树，直到没有子树为止
import com.alibaba.fastjson2.JSON;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* id name pid
* 1 浙江 0
* 2 杭州 1
* 3 嘉兴 1
* 4 南湖 3
* 5 桐乡 3
* 6 余杭 2
* 7 西湖 2
* 8 云南 0
* 9 昆明 8
* 10 昭通 8
*/
public class ListTreeDemo {
List<CityEntity> treeList;
@BeforeEach
public void init() {
treeList = JSON.parseArray("[{\"id\":1,\"name\":\"浙江\",\"pid\":0,\"subCityList\":[" +
"{\"id\":2,\"name\":\"杭州\",\"pid\":1,\"subCityList\":[{\"id\":6,\"name\":\"余杭\",\"pid\":2},{\"id\":7,\"name\":\"西湖\",\"pid\":2}]}," +
"{\"id\":3,\"name\":\"嘉兴\",\"pid\":1,\"subCityList\":[{\"id\":4,\"name\":\"南湖\",\"pid\":3},{\"id\":5,\"name\":\"桐乡\",\"pid\":3}]}]}," +
"{\"id\":8,\"name\":\"云南\",\"pid\":0,\"subCityList\":[{\"id\":9,\"name\":\"昆明\",\"pid\":8},{\"id\":10,\"name\":\"昭通\",\"pid\":8}]}]", CityEntity.class);
}
@Test
public void tree2list() {
List<CityEntity> resList = new ArrayList<>();
//这一层for的目的是：遍历根节点
for (CityEntity city : treeList) {
reversion(city,resList);
}
System.out.println(JSON.toJSONString(resList));
}
public void reversion(CityEntity curNode, List<CityEntity> resList) {
resList.add(beanCopy(curNode));
List<CityEntity> subCityList = curNode.getSubCityList();
if(subCityList != null && !subCityList.isEmpty()) {
for (CityEntity city : subCityList) { //递归寻找子节点的子节点们
reversion(city, resList);
}
}
//递归的出口就是subCityList为null或者empty
}
private CityEntity beanCopy(CityEntity source) {
CityEntity res = new CityEntity();
res.setId(source.getId());
res.setName(source.getName());
res.setPid(source.getPid());
return res;
}
}栈
主要思想
- 依次遍历树形List，当前节点为Cur
- 将Cur收集到某个存储结果的List
- 如果Cur有子树，压入某个栈中
- 依次弹出栈元素，当前弹出的元素为StackSubTree
- 如果StackSubTree还有子树，继续压栈
- 如果StackSubTree没有子树，则放入结果List
import com.alibaba.fastjson2.JSON;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Stack;
/**
* id name pid
* 1 浙江 0
* 2 杭州 1
* 3 嘉兴 1
* 4 南湖 3
* 5 桐乡 3
* 6 余杭 2
* 7 西湖 2
* 8 云南 0
* 9 昆明 8
* 10 昭通 8
*/
public class ListTreeDemo {
List<CityEntity> treeList;
@BeforeEach
public void init() {
treeList = JSON.parseArray("[{\"id\":1,\"name\":\"浙江\",\"pid\":0,\"subCityList\":[" +
"{\"id\":2,\"name\":\"杭州\",\"pid\":1,\"subCityList\":[{\"id\":6,\"name\":\"余杭\",\"pid\":2},{\"id\":7,\"name\":\"西湖\",\"pid\":2}]}," +
"{\"id\":3,\"name\":\"嘉兴\",\"pid\":1,\"subCityList\":[{\"id\":4,\"name\":\"南湖\",\"pid\":3},{\"id\":5,\"name\":\"桐乡\",\"pid\":3}]}]}," +
"{\"id\":8,\"name\":\"云南\",\"pid\":0,\"subCityList\":[{\"id\":9,\"name\":\"昆明\",\"pid\":8},{\"id\":10,\"name\":\"昭通\",\"pid\":8}]}]", CityEntity.class);
}
/**
* 1. 依次遍历树形List，当前节点为Cur
* a) 将Cur收集到某个存储结果的List
* b) 如果Cur有子树，压入某个栈中
* 2. 依次弹出栈元素，当前弹出的元素为StackSubTree
* a) 如果StackSubTree还有子树，继续压栈
* b) 如果StackSubTree没有子树，则放入结果List
*/
@Test
public void tree2list() {
List<CityEntity> resList = new ArrayList<>();
Stack<List<CityEntity>> stack = new Stack<>();
for (CityEntity curCity : treeList) {
resList.add(beanCopy(curCity));
if (curCity.getSubCityList() != null && !curCity.getSubCityList().isEmpty()) {
stack.push(curCity.getSubCityList());
}
}
while (!stack.isEmpty()) {
List<CityEntity> subTree = stack.pop();
for (CityEntity city : subTree) {
if (city.getSubCityList() != null && !city.getSubCityList().isEmpty()) {
stack.push(city.getSubCityList());
} else {
resList.add(beanCopy(city));
}
}
}
System.out.println(JSON.toJSONString(resList));
}
private CityEntity beanCopy(CityEntity source) {
CityEntity res = new CityEntity();
res.setId(source.getId());
res.setName(source.getName());
res.setPid(source.getPid());
return res;
}
}