Java8中的Stream流式操作 - 入门篇

Posted 2022-12-14 汤圆学Java

作者：汤圆

个人博客：javalover.cc

前言

之前总是朋友朋友的叫，感觉有套近乎的嫌疑，所以后面还是给大家改个称呼吧

因为大家是来看东西的，所以暂且叫做官人吧（灵感来自于民间流传的四大名著之一《金瓶梅》）

官人们好啊，我是汤圆，今天给大家带来的是《Java8中的Stream流式操作 - 入门篇》，希望有所帮助，谢谢

文章纯属原创，个人总结难免有差错，如果有，麻烦在评论区回复或后台私信，谢啦

简介

流式操作也叫做函数式操作，是Java8新出的功能

流式操作主要用来处理数据（比如集合），就像泛型也大多用在集合中一样（看来集合这个小东西还是很关键的啊，哪哪都有它）

下面我们主要用例子来介绍下，流的基操（建议先看下lambda表达式篇，里面介绍的lambda表达式、函数式接口、方法引用等，下面会用到）

先来看下目录

目录

1. 流是什么

2. 老板，上栗子

3. 流的操作步骤

4. 流的特点

5. 流式操作和集合操作的区别

正文

1. 流是什么

流是一种以声明性的方式来处理数据的API

什么是声明性的方式？

就是只声明，不实现，类似抽象方法（多态性）

2. 老板，上栗子

下面我们举个栗子，来看下什么是流式操作，然后针对这个栗子，引出后面的相关概念

需求：筛选年龄大于1的猫（猫的1年≈人的5年），并按年龄递增排序，最后提取名字单独存放到列表中

public class BasicDemo 
    public static void main(String[] args) 
      // 以下猫的名字均为真名，非虚构
        List<Cat> list = Arrays.asList(new Cat(1, "tangyuan"), new Cat(3, "dangdang"), new Cat(2, "milu"));
        // === 旧代码 Java8之前 ===
        List<Cat> listTemp = new ArrayList<>();
        // 1. 筛选
        for(Cat cat: list)
            if(cat.getAge()>1)
                listTemp.add(cat);
            
        
        // 2. 排序
        listTemp.sort(new Comparator<Cat>() 
            @Override
            public int compare(Cat o1, Cat o2) 
                // 递增排序
                return Integer.compare(o1.getAge(), o2.getAge());
            
        );
        // 3. 提取名字
        List<String> listName = new ArrayList<>();
        for(Cat cat: listTemp)
            listName.add(cat.getName());
        
        System.out.println(listName);
        
        // === 新代码 Java8之后 ===
        List<String> listNameNew = list.stream()
          			// 函数式接口 Predicate的 boolean test(T t)抽象方法
                .filter(cat -> cat.getAge() > 1)
								// lambda表达式的方法引用
			          .sorted(Comparator.comparingInt(Cat::getAge))
          			// 函数式接口 Funtion的 R apply(T t)抽象方法
                .map(cat-> cat.getName())
             	  // 收集数据，把流转为集合List
                .collect(Collectors.toList());
        System.out.println(listNameNew);
    

class Cat
    int age;
    String name;

    public Cat(int age, String name) 
        this.age = age;
        this.name = name;
    
	// 省略getter/setter

可以看到，用了流式操作，代码简洁了很多（秒哇）

Q：有的官人可能会想，这跟前面lambda表达式的组合操作有点像啊。

A：你说对了，确实只是像，区别还是很大的。因为lambda表达式的组合操作其实还是属于直接针对集合的操作；

文末会讲到直接操作集合和流式操作的区别，这里先跳过

下面我们基于这个栗子，来分别介绍涉及到的知识点

3. 流的操作步骤

我们先忽略旧版的集合操作（后面介绍流和集合的区别时再说），先来介绍流的操作（毕竟流才是今天的主角嘛）

流的操作分三步走：创建流、中间操作、终端操作

流程如下图：

这里我们要关注一个很重要的点：

在终端操作开始之前，中间操作不会执行任何处理，它只是声明执行什么操作；

你可以想象上面这个流程是一个流水线：我们这里做个简化处理

1. 目的：先告诉你，我们要加工瓶装的水（先创建流，告诉你要处理哪些数据）
2. 再针对这些瓶子和水，来搭建一个流水线：固定瓶子的夹具、装水的水管、拧盖子的爪子、装箱的打包器（中间操作，声明要执行的操作）
3. 最后按下启动按钮，流水线开始工作（终端操作，开始根据中间操作来处理数据）

因为每一个中间操作都是返回一个流（Stream），这样他们就可以一直组合下去（我好像吃到了什么东西？），但是他们的组合顺序是不固定的，流会根据系统性能去选择合适的组合顺序

我们可以打印一些东西来看下：

List<Cat> list = Arrays.asList(new Cat(1, "tangyuan"), new Cat(3, "dangdang"), new Cat(2, "milu"));
List<String> listNameNew = list.stream()
  .filter(cat -> 
    System.out.println("filter: " + cat);
    return cat.getAge() > 1;
  )
  .map(cat-> 
    System.out.println("map:" + cat);
    return cat.getName();
  )
  .collect(Collectors.toList());

输出如下：

filter: Catage=1
filter: Catage=3
map:Catage=3
filter: Catage=2
map:Catage=2

可以看到，中间操作的filter和map组合到一起交叉执行了，尽管他们是两个独立的操作（这个技术叫作循环合并）

这个合并主要是由流式操作根据系统的性能来自行决定的

既然讲到了循环合并，那下面捎带说下短路技巧

短路这个词大家应该比较熟悉（比如脑子短路什么的），指的是本来A->B->C是都要执行的，但是在B的地方短路了，所以就变成了A->C了

这里的短路指的是中间操作，由于某些原因（比如下面的limit），导致只执行了部分，没有全部去执行

我们来修改下上面的例子（加了一个中间操作limit)：

List<Cat> list = Arrays.asList(new Cat(1, "tangyuan"), new Cat(3, "dangdang"), new Cat(2, "milu"));
List<String> listNameNew = list.stream()
  .filter(cat -> 
    System.out.println("filter: " + cat);
    return cat.getAge() > 1;
  )
  .map(cat-> 
    System.out.println("map:" + cat);
    return cat.getName();
  )
  // 只加了这一行
  .limit(1)
  .collect(Collectors.toList());

输出如下：

filter: Catage=1
filter: Catage=3
map:Catage=3

可以看到，因为limit(1)只需要一个元素，所以filter过滤时，只要找到一个满足条件的，就会停止过滤操作（后面的元素就放弃了），这个技巧叫做短路技巧

这个就很大程度上体现了中间操作的组合顺序带来的优点：需要多少，处理多少，即按需处理

4. 流的特点

特点有三个：

• 声明性：简洁，易读，代码行数大大减少（每天有代码行数要求的公司除外）
• 可复合：更灵活，各种组合都可以（只要你想，只要流有）
• 可并行：性能更好（不用我们去写多线程，多好）

5. 流式操作和集合操作的区别：

现在我们再来回顾下开头例子中的集合操作：筛选->排序->提取

List<Cat> listTemp = new ArrayList<>();
// 1. 筛选
for(Cat cat: list)
  if(cat.getAge()>1)
    listTemp.add(cat);
  

// 2. 排序
listTemp.sort(new Comparator<Cat>() 
  @Override
  public int compare(Cat o1, Cat o2) 
    // 递增排序
    return Integer.compare(o1.getAge(), o2.getAge());
		/**
    * Q：为啥不用减法 return o1.getAge() - o2.getAge()？
    * A：因为减法会有数据溢出的风险
    * 	 如果o1.getAge()为20亿，o2.getAge()为-2亿，那么结果就会超过int的极限21亿多
    **/ 
  
);
// 3. 提取名字
List<String> listName = new ArrayList<>();
for(Cat cat: listTemp)
  listName.add(cat.getName());

System.out.println(listName);

可以看到跟流式操作不一样的有两点：

1. 集合操作中有一个listTemp临时变量（流式操作没），
2. 集合操作一直都在处理数据（而流式操作是直到最后一步的终端操作才会去处理数据），依次筛选->排序->提取名字，是顺序执行的

下面我们用表格来列出区别，应该会直观点

	流式操作	集合操作
功能	处理数据为主	存储数据为主
迭代方式	内部迭代（只迭代一次)，只需声明，不需要实现，流内部自己有实现）	外部迭代（可一直迭代）需要自己foreach
处理数据	直到终端操作，才会开始真正处理数据（按需处理）	一直都在处理数据（全部处理）

用生活中的例子来对比的话，可以用电影来比喻

流就好比在线观看，集合就好本地观看（下载到本地）

总结

1. 流是什么：
   • 流是一种以声明性的方式来处理数据的API
   • 流是从支持数据处理操作的源生成的元素序列
     • 源：数据的来源，比如集合，文件等（本节只介绍了集合的流式操作，因为用的比较多；后面有空再介绍其他的）
     • 数据处理操作：就是流的中间操作，比如filter, map
     • 元素序列：通过流的终端操作，返回的结果集
2. 流的操作流程：
   • 创建流 -> 中间操作 -> 终端操作
   • 中间操作只是声明，不真实处理数据，直到终端操作开始才会执行
3. 循环合并：中间操作会自由组合（流根据系统自己来决定组合的顺序）
4. 短路技巧：如果中间操作处理的数据已经达到需求，则会立即停止处理数据（比如limit(1)，则当处理完1个就会停止处理）
5. 流式操作和集合操作的区别：
   • 流按需处理，集合全处理
   • 流主攻数据处理，集合主攻数据存储
   • 流简洁，集合不
   • 流内部迭代（只迭代一次，完后流会消失），集合外部迭代（可一直迭代）

后记

最后，感谢大家的观看，谢谢

原创不易，期待官人们的三连哟