【JAVA8新特性】- 使用流Stream(转载)

作者: lconcise | 来源:发表于2019-12-30 22:56 被阅读0次

Java 8 中的 Stream 俗称为流，它与 java.io 包里的 InputStream 和 OutputStream 是完全不同的概念。

Stream 用于对集合对象进行各种非常便利、高效的聚合操作，或者大批量数据操作。Stream API 借助于Lambda 表达式，极大的提高编程效率和程序可读性。
同时它提供串行和并行两种模式进行汇聚操作，并发模式能够充分利用多核处理器的优势。通过下面的例子我们可以初步体会到使用 Stream 处理集合的便利性。

初探Stream

有如下一个List，现要从中筛选出以J开头的元素，然后转换为大写，最后输出结果。Java 8之前我们是这样做的：

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift");

        List<String> filterList = new ArrayList<>();

        for (String str : list) {
            if (str.startsWith("J")) {
                filterList.add(str.toUpperCase());
            }
        }

        for (String str : filterList) {
            System.out.println(str);
        }

为了筛选集合我们进行了两次外部迭代，并且还创建了一个用来临时存放筛选元素的集合对象。借助Java 8中的Stream我们可以极大的简化这个处理过程：

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift");
        
        list.stream()
                .filter(s -> s.startsWith("J"))
                .map(String::toUpperCase)
                .forEach(System.out::println);

是不是很方便？上面的例子中，集合使用stream方法创建了一个流，然后使用filter和map方法来处理这个集合，它们统称为中间操作。中间操作都会返回另一个流，以便于将各种对集合的操作连接起来形成一条流水线。最后我们使用了forEach方法迭代筛选结果，这种位于流的末端，对流进行处理并且生成结果的方法称为终端操作。

总而言之，流的使用一般包括三件事情：

一个数据源(如集合)来执行一个查询。
一个中间操作链，执行流水线，并能生成结果。
一个终端操作，执行流水线，并能生成结果。

下表列出了流中常见的中间操作和终端操作：

操作	类型	返回类型	使用的类型/函数式接口	函数描述符
filter	中间	Stream<T>	Predicate<T>	T -> boolean
distinct	中间	Stream<T>
skip	中间	Stream<T>	Long
limit	中间	Stream<T>	Long
map	中间	Stream<R>	Function<T,R>	T->R
flatMap	中间	Stream<R>	Function<T,Stream<R>>	T->Stream<R>
sorted	中间	Stream<T>	Comparator<T>	(T, T) -> int
anyMatch	终端	boolean	Predicate<T>	T -> boolean
noneMatch	终端	boolean	Predicate<T>	T -> boolean
allMatch	终端	boolean	Predicate<T>	T -> boolean
findAny	终端	Optional<T>
findFirst	终端	Optional<T>
forEach	终端	void	Consumer<T>	T -> void
collect	终端	R	Collector<T, A, R>
reduce	终端	Optional<T>	BinaryOperator<T>	(T, T) -> T
count	终端	long

中间操作

filter

Streams接口支持·filter方法，该方法接收一个Predicate<T>，函数描述符为T -> boolean，用于对集合进行筛选，返回所有满足的元素：

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby");

        list.stream()
                .filter(s -> s.contains("#"))
                .forEach(System.out::println);

结果输出 C#

distinct

distinct方法用于排除流中重复的元素，类似于SQL中的distinct操作。比如筛选中集合中所有的偶数，并排除重复的结果：

        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 2, 4, 6, 9, 11);
        numbers.stream()
                .filter(number->number%2==0)
                .distinct()
                .forEach(System.out::println);

结果输出：2 4 6

skip

skip(n)方法用于跳过流中的前n个元素，如果集合元素小于n，则返回空流。比如筛选出以J开头的元素，并排除第一个：

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby");

        list.stream()
                .filter(s->s.startsWith("J"))
                .skip(1)
                .forEach(System.out::println);

结果输出： JavaScript

limit

limit(n)方法返回一个长度不超过n的流

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby");

        list.stream()
                .limit(3)
                .forEach(System.out::println);

结果输出：Java JavaScript python

map

map方法接收一个函数作为参数。这个函数会被应用到每个元素上，并将其映射成一个新的元素。

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby");

        list.stream()
                .limit(3)
                .map(String::length)
                .forEach(System.out::println);

结果输出：4 10 6

map还支持将流特化为指定原始类型的流，如通过mapToInt，mapToDouble和mapToLong方法，可以将流转换为IntStream，DoubleStream和LongStream。特化后的流支持sum，min和max方法来对流中的元素进行计算。比如：

        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);

        IntStream intStream = numbers.stream().mapToInt(a -> a);
        System.out.println(intStream.sum());

结果输出：45

也可以通过下面的方法，将IntStream转换为Stream：

Stream<Integer> integerStream = intStream.boxed();

flatMap

flatMap用于将多个流合并成一个流，俗称流的扁平化。这么说有点抽象，举个例子，比如现在需要将list中的各个元素拆分为一个个字母，并过滤掉重复的结果，你可能会这样做：

        list.stream()
                .map(s -> s.split(""))
                .distinct()
                .forEach(System.out::println);

结果输出：

[Ljava.lang.String;@21b8d17c
[Ljava.lang.String;@6433a2
[Ljava.lang.String;@5910e440
[Ljava.lang.String;@6267c3bb
[Ljava.lang.String;@533ddba
[Ljava.lang.String;@246b179d
[Ljava.lang.String;@7a07c5b4
[Ljava.lang.String;@26a1ab54
[Ljava.lang.String;@3d646c37

这明显不符合我们的预期。实际上在map(s -> s.split(""))操作后，返回了一个Stream<String[]>类型的流，所以输出结果为每个数组对象的句柄，而我们真正想要的结果是Stream<String>！

在Stream中，可以使用Arrays.stream()方法来将数组转换为流，改造上面的方法：

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby");

        list.stream()
                .map(s -> s.split(""))
                .map(Arrays::stream)
                .distinct()
                .forEach(System.out::println);

结果输出：

java.util.stream.ReferencePipeline$Head@6267c3bb
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@533ddba
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@246b179d
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@7a07c5b4
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@26a1ab54
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@3d646c37
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@41cf53f9
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@5a10411
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@2ef1e4fa

因为上面的流经过map(Arrays::stream)处理后，将每个数组变成了一个新的流，返回结果为流的数组Stream<String>[]，所以输出是各个流的句柄。我们还需将这些新的流连接成一个流，使用flatMap来改写上面的例子：

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby");

        list.stream()
                .map(s -> s.split(""))
                .flatMap(Arrays::stream)
                .distinct()
                .forEach(s -> System.out.print(s+" "));

结果输出：J a v S c r i p t y h o n P H C # G l g w f + R u b

和map类似，flatMap方法也有相应的原始类型特化方法，如flatMapToInt等。

终端操作

anyMatch

anyMatch方法用于判断流中是否有符合判断条件的元素，返回值为boolean类型。比如判断list中是否含有SQL元素：

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby");

        System.out.println(
                list.stream().anyMatch(s->"SQL".equals(s))
        );

结果输出：false

allMatch

allMatch方法用于判断流中是否所有元素都满足给定的判断条件，返回值为boolean类型。比如判断list中是否所有元素长度都不大于10：

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby");

        System.out.println(
                list.stream().allMatch(s->s.length()<=10)
        );

结果输出：true

noneMatch

noneMatch方法用于判断流中是否所有元素都不满足给定的判断条件，返回值为boolean类型。比如判断list中不存在长度大于10的元素：

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby");

        System.out.println(
                list.stream().noneMatch(s->s.length()>10)
        );

结果输出：true

findAny

findAny方法用于返回流中的任意元素的Optional类型，例如筛选出list中任意一个以J开头的元素，如果存在，则输出它：

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby");

        list.stream()
                .filter(s -> s.startsWith("J"))
                .findAny()
                .ifPresent(System.out::println);

结果输出：Java

findFirst

findFirst方法用于返回流中的第一个元素的Optional类型，例如筛选出list中长度大于5的元素，如果存在，则输出第一个：

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby");

        list.stream()
                .filter(s -> s.length()>5)
                .findFirst()
                .ifPresent(System.out::println);  // JavaScript

reduce

reduce函数从字面上来看就是压缩，缩减的意思，它可以用于数字类型的流的求和，求最大值和最小值。如对numbers中的元素求和：

        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
        
        System.out.println(
                numbers.stream()
                        .reduce(0, Integer::sum)   // 45
        );

reduce函数也可以不指定初始值，但这时候将返回一个Optional对象，比如求最大值和最小值：

        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);

        numbers.stream()
                .reduce(Integer::max)
                .ifPresent(System.out::println);  // 9

        numbers.stream()
                .reduce(Integer::min)
                .ifPresent(System.out::println);  // 1

forEach

forEach用于迭代流中的每个元素，最为常见的就是迭代输出，如：

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby");

        list.stream().forEach(System.out::println);

count

count方法用于统计流中元素的个数，比如：

        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);

        numbers.stream().count();  // 9

collect

collect方法用于收集流中的元素，并放到不同类型的结果中，比如List、Set或者Map。举个例子：

        List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby", "JavaScript");

        Set<String> set = list.stream()
                .filter(s -> s.startsWith("J"))
                .collect(Collectors.toSet());

        set.stream().forEach(System.out::println);

结果输出：Java JavaScript

流的构建

除了使用集合对象的stream方法构建流之外，我们可以手动构建一些流。

数值范围构建

IntStream和LongStream对象支持range和rangeClosed方法来构建数值流。这两个方法都是第一个参数接受起始值，第二个参数接受结束值。但range是不包含结束值的，而rangeClosed则包含结束值。比如对1到100的整数求和：

IntStream.rangeClosed(1,100).sum();  // 5050

由值构建

静态方法Stream.of可以显式值创建一个流。它可以接受任意数量的参数。例如，以下代码直接使用Stream.of创建了一个字符串流:

Stream<String> s = Stream.of("Java", "JavaScript", "C++", "Ruby");

也可以使用Stream.empty()构建一个空流：

Stream<Object> emptyStream = Stream.empty();

由数组构建

静态方法Arrays.stream可以通过数组创建一个流。它接受一个数组作为参数。例如：

int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
IntStream intStream = Arrays.stream(arr);

由文件生成流

java.nio.file.Files中的很多静态方法都会返回一个流。例如Files.lines方法会返回一个由指定文件中的各行构成的字符串流。比如统计一个文件中共有多少个字：

        long wordCout = 0L;
        try (Stream<String> lines = Files.lines(Paths.get("file.txt"), Charset.defaultCharset())) {
            wordCout = lines.map(l -> l.split(""))
                    .flatMap(Arrays::stream)
                    .count();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

由函数构造

Stream API提供了两个静态方法来从函数生成流：Stream.iterate和Stream.generate。这两个操作可以创建所谓的无限流。比如下面的例子构建了10个偶数：

Stream.iterate(0, n -> n + 2)
      .limit(10).forEach(System.out::println);

iterate方法接受一个初始值（在这里是0），还有一个依次应用在每个产生的新值上的Lambda（UnaryOperator类型）。这里，我们使用Lambda n -> n + 2，返回的是前一个元素加上2。因此，iterate方法生成了一个所有正偶数的流：流的第一个元素是初始值0。然后加上2来生成新的值2，再加上2来得到新的值4，以此类推。

与iterate方法类似，generate方法也可让你按需生成一个无限流。但generate不是依次对每个新生成的值应用函数，比如下面的例子生成了5个0到1之间的随机双精度数：

Stream.generate(Math::random)
      .limit(5)
      .forEach(System.out::println);

输出结果如下：

0.0067050134787670634
0.6037087300000793
0.8620511990077468
0.709510142584238
0.2984472188425574

参考博文：https://mrbird.cc/java8stream1.html