Java高效构建树形结构——异步加载子节点的实现方案

Java高效构建树形结构的秘密：函数式编程 + 预排序的完美结合

要实现树形结构的异步加载子节点，核心思路是将子节点的获取过程延迟化，通过回调或 CompletableFuture 实现非阻塞加载。以下是具体实现步骤：

一、改造节点模型

在节点对象中增加两个字段，标识子节点是否已加载：

class TbMenuVo {
    // 原有字段...
    private volatile boolean childrenLoaded = false; // 子节点是否已加载
    private volatile boolean loading = false;        // 是否正在加载中（防重复请求）
}

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二、定义异步加载接口

新增一个函数式接口，用于按需从外部获取子节点数据（例如从数据库或远程服务）：

@FunctionalInterface
public interface AsyncChildrenLoader<T, ID> {
    CompletableFuture<List<T>> loadChildren(ID parentId);
}

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三、改造树构建工具类

修改 buildTree 方法，支持异步加载逻辑：

 public static <T, ID> List<T> buildTreeAsync(
    List<T> list,
    Function<T, ID> getId,
    Function<T, ID> getParentId,
    BiConsumer<T, List<T>> setChildren,
    Predicate<T> rootPredicate,
    Comparator<T> comparator,
    AsyncChildrenLoader<T, ID> childrenLoader // 新增异步加载器
) {
    // 预构建父节点映射表（仅处理已知数据）
    Map<ID, List<T>> parentMap = list.stream()
        .filter(item -> getParentId.apply(item) != null)
        .collect(Collectors.groupingBy(getParentId));

    return list.stream()
        .filter(rootPredicate)
        .map(root -> {
            // 初始化时仅设置直接子节点（若有）
            ID rootId = getId.apply(root);
            List<T> immediateChildren = parentMap.getOrDefault(rootId, Collections.emptyList());
            setChildren.accept(root, immediateChildren);
            return root;
        })
        .sorted(comparator)
        .collect(Collectors.toList());
}

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四、实现按需加载逻辑

为节点添加异步加载方法，触发时从 AsyncChildrenLoader 获取数据：

public static <T, ID> CompletableFuture<Void> loadChildrenAsync(
    T node,
    Function<T, ID> getId,
    BiConsumer<T, List<T>> setChildren,
    AsyncChildrenLoader<T, ID> childrenLoader,
    Comparator<T> comparator
) {
    ID nodeId = getId.apply(node);
    if (node instanceof TbMenuVo) {
        TbMenuVo menuNode = (TbMenuVo) node;
        if (menuNode.isChildrenLoaded() || menuNode.isLoading()) {
            return CompletableFuture.completedFuture(null);
        }
        menuNode.setLoading(true);
    }

    return childrenLoader.loadChildren(nodeId)
        .thenApply(children -> {
            // 对子节点排序
            if (comparator != null) {
                children.sort(comparator);
            }
            // 设置子节点并标记为已加载
            setChildren.accept(node, children);
            if (node instanceof TbMenuVo) {
                TbMenuVo menuNode = (TbMenuVo) node;
                menuNode.setChildrenLoaded(true);
                menuNode.setLoading(false);
            }
            return null;
        })
        .exceptionally(ex -> {
            // 处理异常（如记录日志）
            if (node instanceof TbMenuVo) {
                ((TbMenuVo) node).setLoading(false);
            }
            return null;
        });
}

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五、使用示例

1. 定义异步加载器（模拟数据库查询）

AsyncChildrenLoader<TbMenuVo, Long> loader = parentId -> 
    CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 模拟根据parentId查询数据库
        List<TbMenuVo> children = database.queryChildrenByParentId(parentId);
        return children;
    });

2. 构建初始树（仅根节点）

List<TbMenuVo> tree = TreeBuilderOptimized.buildTreeAsync(
    lists, 
    TbMenuVo::getId, 
    TbMenuVo::getParentId,
    TbMenuVo::setChildren,
    item -> item.getParentId() == 0,
    Comparator.comparingInt(TbMenuVo::getSortOrder),
    loader
);

3. 前端触发加载某个节点的子节点

// 当用户点击展开节点时触发
public void onExpandNode(TbMenuVo node) {
    if (!node.isChildrenLoaded()) {
        TreeBuilderOptimized.loadChildrenAsync(
            node, 
            TbMenuVo::getId,
            TbMenuVo::setChildren,
            loader,
            Comparator.comparingInt(TbMenuVo::getSortOrder)
        ).thenRun(() -> {
            // 通知UI更新（例如前端重新渲染）
            refreshUI();
        });
    }
}

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六、关键优化点

1. 防重复请求：通过 loading 标志位避免并发重复加载
2. 线程安全：使用 volatile 确保状态可见性
3. 异常处理：捕获异步加载中的异常并恢复状态
4. 与现有工具兼容：保留同步构建方法，异步方法作为扩展

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七、适用场景

• 大型树形结构数据（如万级以上节点）
• 需要动态加载的子节点（如文件系统目录树）
• 前端分批次渲染避免卡顿

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通过以上改造，工具类既能保留原有高性能构建能力，又能灵活支持异步加载需求，实现“按需扩展”的树形数据处理！