Java8 Stream流

作者: 超天大圣JR | 来源:发表于2019-12-17 12:27 被阅读0次

一、Stream流的特性

Stream流不是一种数据结构，不保存数据，它只是在原数据集上定义了一组操作。
这些操作是惰性的，即每当访问到流中的一个元素，才会在此元素上执行这一系列操作。
Stream不保存数据，故每个Stream流只能使用一次。

关于应用在Stream流上的操作，可以分成两种：Intermediate(中间操作)和Terminal(终止操作)。中间操作的返回结果都是Stream，故可以多个中间操作叠加；终止操作用于返回我们最终需要的数据，只能有一个终止操作。

二、Stream的操作分类

Stream的操作有Intermediate、Terminal和Short-circuiting：

Intermediate(中间操作)：map (mapToInt, flatMap 等)、 filter、 distinct、 sorted、 peek、 skip、 parallel、 sequential、 unordered
Terminal(终止操作)：forEach、 forEachOrdered、 toArray、 reduce、 collect、 min、 max、 count、iterator
Short-circuiting(短路)：anyMatch、 allMatch、 noneMatch、 findFirst、 findAny、 limit

三、惰性求值和及早求值方法

像filter这样只描述Stream，最终不产生新集合的方法叫作惰性求值方法；而像count这样最终会从Stream产生值的方法叫作及早求值方法。

long count = allArtists.stream()
    .filter(artist -> {
        System.out.println(artist.getName());
            return artist.isFrom("London");
        })
    .count();

如何判断一个操作是惰性求值还是及早求值，其实很简单，只需要看其返回值即可：如果返回值是Stream，那么就是惰性求值；如果返回值不是Stream或者是void，那么就是及早求值。上面的示例中，只是包含两步：一个惰性求值filter和一个及早求值count。
在一个Stream操作中，可以有多次惰性求值，但有且仅有一次及早求值。

四、对Stream的操作一般可以归纳为3个部分

1. 创建Stream

静态工厂方法
of方法，其生成的Stream是有限长度的，Stream的长度为其内的元素个数。

- of(T... values)：返回含有多个T元素的Stream
- of(T t)：返回含有一个T元素的Stream
示例：
Stream<Integer> integerStream = Stream.of(1, 2, 3);
Stream<String> stringStream = Stream.of("A");

generator方法，返回一个无限长度的Stream,其元素由Supplier接口的提供。

- generate(Supplier<T> s)：返回一个无限长度的Stream
示例：
Stream<Double> generateA = Stream.generate(new Supplier<Double>() {
    @Override
    public Double get() {
        return java.lang.Math.random();
    }
});

Stream<Double> generateB = Stream.generate(()-> java.lang.Math.random());
Stream<Double> generateC = Stream.generate(java.lang.Math::random);

以上三种形式达到的效果是一样的，只不过是下面的两个采用了Lambda表达式，简化了代码，其实际效果就是返回一个随机值。一般无限长度的Stream会与filter、limit等配合使用，否则Stream会无限制的执行下去。

iterate方法，其返回的也是一个无限长度的Stream，与generate方法不同的是，其是通过函数f迭代对给指定的元素种子而产生无限连续有序Stream，其中包含的元素可以认为是：seed，f(seed),f(f(seed))无限循环。

- iterate(T seed, UnaryOperator<T> f)
示例：
Stream.iterate(1, item -> item + 1)
        .limit(10)
        .forEach(System.out::println); 
        // 打印结果：1，2，3，4，5，6，7，8，9，10

上面示例，种子为1，也可认为该Stream的第一个元素，通过f函数来产生第二个元素。接着，第二个元素，作为产生第三个元素的种子，从而产生了第三个元素，以此类推下去。需要主要的是，该Stream也是无限长度的，应该使用filter、limit等来截取Stream，否则会一直循环下去。

empty方法返回一个空的顺序Stream，该Stream里面不包含元素项。
Collection接口和数组的默认方法
在Collection接口中，定义了一个默认方法stream()，用来生成一个Stream。

    public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
        ***
        default Stream<E> stream() {
            return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
        }
        ***
    }

在Arrays类，封装了一些列的Stream方法，不仅针对于任何类型的元素采用了泛型，更对于基本类型作了相应的封装，以便提升Stream的处理效率。

public class Arrays {
    ***
    public static <T> Stream<T> stream(T[] array) {
        return stream(array, 0, array.length);
    }

   public static LongStream stream(long[] array) {
        return stream(array, 0, array.length);
    }
    ***
｝
示例：
int ids[] = new int[]{1, 2, 3, 4};
Arrays.stream(ids)
        .forEach(System.out::println);

其他
Random.ints()
BitSet.stream()
Pattern.splitAsStream(java.lang.CharSequence)
JarFile.stream()

2. Intermediate:通过一系列中间（Intermediate）方法，对数据集进行过滤、检索等数据集的再次处理，实际上是将源Stream转换为一个新的Stream，以达到需求效果。

concat
concat方法将两个Stream连接在一起，合成一个Stream。若两个输入的Stream都是排序的，则新Stream也是排序的；若输入的Stream中任何一个是并行的，则新的Stream也是并行的；若关闭新的Stream时，原两个输入的Stream都将执行关闭处理。

Stream.concat(Stream.of(1, 2, 3), Stream.of(4, 5))
       .forEach(integer -> System.out.print(integer + "  "));
// 打印结果:  1  2  3  4  5

distinct
distinct方法以达到去除掉原Stream中重复的元素，生成的新Stream中没有重复的元素。

Stream.of(1,2,3,1,2,3)
        .distinct()
        .forEach(System.out::println); 
// 打印结果：1，2，3

filter
filter方法对原Stream按照指定条件过滤，在新建的Stream中，只包含满足条件的元素，将不满足条件的元素过滤掉。

Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .filter(item -> item > 3)
        .forEach(System.out::println);
// 打印结果：4，5

$\color{red}{filter传入的Lambda表达式必须是Predicate实例，参数可以为任意类型，而其返回值必须是boolean类型。}$

map
map方法将对于Stream中包含的元素使用给定的转换函数进行转换操作，新生成的Stream只包含转换生成的元素。为了提高处理效率，官方已封装好了，三种变形：mapToDouble，mapToInt，mapToLong。其实很好理解，如果想将原Stream中的数据类型，转换为double,int或者是long是可以调用相对应的方法。

Stream.of("a", "b", "hello")
        .map(item-> item.toUpperCase())     // 这里与flatMap不同
        .forEach(System.out::println);
        // 打印结果
        // A, B, HELLO

$\color{red}{map传入的Lambda表达式必须是Function实例，参数可以为任意类型，而其返回值也是任性类型，javac会根据实际情景自行推断。}$

flatMap
flatMap方法与map方法类似，都是将原Stream中的每一个元素通过转换函数转换不同的是，该换转函数的对象是一个Stream，也不会再创建一个新的Stream，而是将原Stream的元素取代为转换的Stream。如果转换函数生产的Stream为null，应由空Stream取代。flatMap有三个对于原始类型的变种方法，分别是：flatMapToInt，flatMapToLong和flatMapToDouble。

Stream.of(1, 2, 3)
    .flatMap(integer -> Stream.of(integer * 10))   //这里与map不同
    .forEach(System.out::println);
    // 打印结果
    // 10，20，30

传给flatMap中的表达式接受了一个Integer类型的参数，通过转换函数，将原元素乘以10后，生成一个只有该元素的流，该流取代原流中的元素。
$\color{red}{flatMap传入的Lambda表达式必须是Function实例，参数可以为任意类型，而其返回值类型必须是一个Stream。}$

peek
peek方法生成一个包含原Stream的所有元素的新Stream，同时会提供一个消费函数（Consumer实例），新Stream每个元素被消费的时候都会执行给定的消费函数，并且消费函数优先执行

Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .peek(integer -> System.out.println("accept:" + integer))
        .forEach(System.out::println);
// 打印结果
// accept:1
//  1
//  accept:2
//  2
//  accept:3
//  3
//  accept:4
//  4
//  accept:5
//  5

skip
skip方法将过滤掉原Stream中的前N个元素，返回剩下的元素所组成的新Stream。如果原Stream的元素个数大于N，将返回原Stream的后（原Stream长度-N）个元素所组成的新Stream；如果原Stream的元素个数小于或等于N，将返回一个空Stream。

Stream.of(1, 2, 3,4,5)
.skip(2)
.forEach(System.out::println);
// 打印结果
// 3,4,5

sorted
sorted方法将对原Stream进行排序，返回一个有序列的新Stream。sorterd有两种变体sorted()，sorted(Comparator)，前者将默认使用Object.equals(Object)进行排序，而后者接受一个自定义排序规则函数(Comparator)，可按照意愿排序。

Stream.of(5, 4, 3, 2, 1)
        .sorted()
        .forEach(System.out::println);
        // 打印结果
        // 1，2，3,4,5

Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .sorted((o1, o2) -> o2 - o1)    //逆序
        .forEach(System.out::println);
        // 打印结果
        // 5, 4, 3, 2, 1

3. Terminal通过最终（terminal）方法完成对数据集中元素的处理。

collect
Java 8系列之Stream的强大工具Collector
Java 8系列之重构和定制收集器
count
count方法将返回Stream中元素的个数。

long count = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .count();
System.out.println("count:" + count);// 打印结果：count:5

forEach
forEach方法前面已经用了好多次，其用于遍历Stream中的所元素，避免了使用for循环，让代码更简洁，逻辑更清晰。

Stream.of(5, 4, 3, 2, 1)
    .sorted()
    .forEach(System.out::println);
    // 打印结果
    // 1,2,3,4,5

forEachOrdered
forEachOrdered方法与forEach类似，都是遍历Stream中的所有元素，不同的是，如果该Stream预先设定了顺序，会按照预先设定的顺序执行（Stream是无序的），默认为元素插入的顺序。

Stream.of(5,2,1,4,3)
        .forEachOrdered(integer -> {
            System.out.println("integer:"+integer);
        }); 
        // 打印结果
        // integer:5
        // integer:2
        // integer:1
        // integer:4
        // integer:3

max
max方法根据指定的Comparator，返回一个Optional，该Optional中的value值就是Stream中最大的元素。

原Stream根据比较器Comparator，进行排序(升序或者是降序)，所谓的最大值就是从新进行排序的，max就是取重新排序后的最后一个值，而min取排序后的第一个值。

Optional<Integer> max = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .max((o1, o2) -> o2 - o1);
System.out.println("max:" + max.get());// 打印结果：max:1

min
min方法根据指定的Comparator，返回一个Optional，该Optional中的value值就是Stream中最小的元素。

Optional<Integer> max = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .max((o1, o2) -> o1 - o2);
System.out.println("max:" + max.get());// 打印结果：min:5

reduce
Java 8系列之Stream中万能的reduce

五、Short-circuiting操作

allMatch
allMatch操作用于判断Stream中的元素是否全部满足指定条件。如果全部满足条件返回true，否则返回false。

boolean allMatch = Stream.of(1, 2, 3, 4)
    .allMatch(integer -> integer > 0);
System.out.println("allMatch: " + allMatch); // 打印结果：allMatch: true

findAny
findAny操作用于获取含有Stream中的某个元素的Optional，如果Stream为空，则返回一个空的Optional。由于此操作的行动是不确定的，其会自由的选择Stream中的任何元素。在并行操作中，在同一个Stream中多次调用，可能会不同的结果。在串行调用时，Debug了几次，发现每次都是获取的第一个元素，个人感觉在串行调用时，应该默认的是获取第一个元素。

Optional<Integer> any = Stream.of(1, 2, 3, 4).findAny();
 System.out.println(any.get());
//输出结果：1

findFirst
findFirst操作用于获取含有Stream中的第一个元素的Optional，如果Stream为空，则返回一个空的Optional。若Stream并未排序，可能返回含有Stream中任意元素的Optional。

Optional<Integer> any = Stream.of(1, 2, 3, 4).findFirst();

limit
limit方法将截取原Stream，截取后Stream的最大长度不能超过指定值N。如果原Stream的元素个数大于N，将截取原Stream的前N个元素；如果原Stream的元素个数小于或等于N，将截取原Stream中的所有元素。

Stream.of(1, 2, 3,4,5)
        .limit(2)
        .forEach(System.out::println);
        // 打印结果
        // 1,2

传入limit的值为2，也就是说被截取后的Stream的最大长度为2，又由于原Stream中有5个元素，所以将截取原Stream中的前2个元素，生成一个新的Stream。

noneMatch
noneMatch方法将判断Stream中的所有元素是否满足指定的条件，如果所有元素都不满足条件，返回true；否则，返回false。

    boolean noneMatch = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .noneMatch(integer -> integer > 10);
    System.out.println("noneMatch:" + noneMatch); // 打印结果 noneMatch:true

    boolean noneMatch_ = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
            .noneMatch(integer -> integer < 3);
    System.out.println("noneMatch_:" + noneMatch_); // 打印结果 noneMatch_:false

Java8 Stream流

一、Stream流的特性

二、Stream的操作分类

三、惰性求值和及早求值方法

四、对Stream的操作一般可以归纳为3个部分

五、Short-circuiting操作

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