Stream流

Posted 2021-01-09 mtime2004

Stream流

说到Stream便容易想到I/O Stream，而实际上，谁规定“流”就一定是“IO流”呢？在Java 8中，得益于Lambda所带来的函数式编程，引入了一个全新的Stream概念，用于解决已有集合类库既有的弊端。

传统集合的多步遍历代码几乎所有的集合（如 Collection 接口或 Map 接口等）都支持直接或间接的遍历操作。而当我们需要对集合中的元素进行操作的时候，除了必需的添加、删除、获取外，最典型的就是集合遍历。例如：

import java.util.ArraList;
import java.util.List;
 public class DemoForEach{

public static void main(String[] args) {
List<String> list=ArrayList<>();
 list.add=("玛丽雅"）;
list。add=（"艾泽拉");
list.add("小敏");

list.add("张强");

list.add("张三");
for( String name: list){

  System.out.println(name);
}
}



}

 

这是一段非常简单的集合遍历操作：对集合中的每一个字符串都进行打印输出操作。
循环遍历的弊端Java 8的Lambda让我们可以更加专注于做什么（What），而不是怎么做（How），这点此前已经结合内部类进行了对比说明。现在，我们仔细体会一下上例代码，可以发现：
  for循环的语法就是“怎么做”
  for循环的循环体才是“做什么”

为什么使用循环？因为要进行遍历。但循环是遍历的唯一方式吗？遍历是指每一个元素逐一进行处理，而并不是从第一个到最后一个顺次处理的循环。前者是目的，后者是方式。

试想一下，如果希望对集合中的元素进行筛选过滤：

1.    将集合A根据条件一过滤为子集B；

2.    然后再根据条件二过滤为子集C。

在Java 8之前的做法可能为： 

 

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

public class Demo02NormalFilter {

public static void main(String[] args) {

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

list.add=("玛丽雅"）; 
list。add=（"艾泽拉");
 list.add("小敏");
 list.add("张强"); 
list.add("张三");

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

for (String name : list) {

if (name.startsWith("张")) {

zhangList.add(name);

}

}

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

for (String name : zhangList) {

if (name.length() == 3) {

shortList.add(name);

}

}

for (String name : shortList) {

System.out.println(name);

}
}
}

 

 这段代码中含有三个循环，每一个作用不同：

1.    首先筛选所有姓张的人；

2.    然后筛选名字有三个字的人；

3.    最后进行对结果进行打印输出。

每当我们需要对集合中的元素进行操作的时候，总是需要进行循环、循环、再循环。这是理所当然的么？不是。循环是做事情的方式，而不是目的。另一方面，使用线性循环就意味着只能遍历一次。如果希望再次遍历，只能再使用另一个循环从头开始。
那，Lambda的衍生物Stream能给我们带来怎样更加优雅的写法呢？

Stream的更优写法
下面来看一下借助Java 8的Stream API，什么才叫优雅：

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

public class Demo03StreamFilter {

public static void main(String[] args) {

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

list.add=("玛丽雅"）; 
list。add=（"艾泽拉");
 list.add("小敏");
 list.add("张强"); 
list.add("张三");

list.stream().filter(s-> s.startsWith("张")).filter(s-> s.lenth()==3 )..forEach(System,out.println);
}
}

 

 直接阅读代码的字面意思即可完美展示无关逻辑方式的语义：获取流、过滤姓张、过滤长度为3、逐一打印。代码中并没有体现使用线性循环或是其他任何算法进行遍历，我们真正要做的事情内容被更好地体现在代码中。

 流式思想概述

注意：请暂时忘记对传统IO流的固有印象！

整体来看，流式思想类似于工厂车间的“生产流水线”。

当需要对多个元素进行操作（特别是多步操作）的时候，考虑到性能及便利性，我们应该首先拼好一个“模型”步骤方案，然后再按照方案去执行它。

 

 这张图中展示了过滤、映射、跳过、计数等多步操作，这是一种集合元素的处理方案，而方案就是一种“函数模型”。图中的每一个方框都是一个“流”，调用指定的方法，可以从一个流模型转换为另一个流模型。而最右侧的数字3是最终结果。
这里的 filter 、 map 、 skip 都是在对函数模型进行操作，集合元素并没有真正被处理。只有当终结方法 count执行的时候，整个模型才会按照指定策略执行操作。而这得益于Lambda的延迟执行特性。
“Stream流”其实是一个集合元素的函数模型，它并不是集合，也不是数据结构，其本身并不存储任何元素（或其地址值）。

获取流

java.util.stream.Stream<T> 是Java 8新加入的最常用的流接口。（这并不是一个函数式接口。）

获取一个流非常简单，有以下几种常用的方式：

所有的 Collection 集合都可以通过 stream 默认方法获取流；

   Stream 接口的静态方法 of 可以获取数组对应的流。

根据Collection获取流

首先， java.util.Collection 接口中加入了default方法 stream 用来获取流，所以其所有实现类均可获取流。

import java.util.*;

import java.util.stream.Stream;

public class Demo04GetStream {

public static void main(String[] args) {

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

// ...

Stream<String> stream1 = list.stream();

Set<String> set = new HashSet<>();

// ...

Stream<String> stream2 = set.stream();

Vector<String> vector = new Vector<>();

// ...

Stream<String> stream3 = vector.stream();

}

}

 根据Map获取流

java.util.Map 接口不是 Collection 的子接口，且其K-V数据结构不符合流元素的单一特征，所以获取对应的流需要分key、value或entry等情况：

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

import java.util.stream.Stream;

public class Demo05GetStream {

public static void main(String[] args) {

Map<String, String> map = new HashMap<>();

// ...

Stream<String> keyStream = map.keySet().stream();

Stream<String> valueStream = map.values().stream();

Stream<Map.Entry<String, String>> entryStream = map.entrySet().stream();

}

}

 根据数组获取流如果使用的不是集合或映射而是数组，由于数组对象不可能添加默认方法，所以 Stream 接口中提供了静态方法of ，使用很简单：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo06GetStream {

public static void main(String[] args) {

String[] array = { "张一无", "张一山", "张一丰", "张一元" };

Stream<String> stream = Stream.of(array);

}

}

 of 方法的参数其实是一个可变参数，所以支持数组。

常用方法

流模型的操作很丰富，这里介绍一些常用的API。这些方法可以被分成两种：

  终结方法：返回值类型不再是 Stream 接口自身类型的方法，因此不再支持类似 StringBuilder 那样的链式调用。本小节中，终结方法包括 count 和 forEach 方法。
 非终结方法：返回值类型仍然是 Stream 接口自身类型的方法，因此支持链式调用。（除了终结方法外，其余方法均为非终结方法。）
备注：本小节之外的更多方法，请自行参考API文档。
过滤：filter
可以通过 filter 方法将一个流转换成另一个子集流。方法签名：

Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);

该接口接收一个 Predicate 函数式接口参数（可以是一个Lambda或方法引用）作为筛选条件。

Predicate接口

此前在 java.util.stream.Predicate 函数式接口，其中唯一的抽象方法为：

boolean test(T t);

该方法将会产生一个boolean值结果，代表指定的条件是否满足。如果结果为true，那么Stream流的 filter 方法将会留用元素；如果结果为false，那么 filter 方法将会舍弃元素。
基本使用

Stream流中的 filter 方法基本使用的代码如：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo07StreamFilter {

public static void main(String[] args) {

Stream<String> original = Stream.of("张一上", "张三", "王麻子");

Stream<String> result = original.filter(s ‐> s.startsWith("张"));

}

}

 在这里通过Lambda表达式来指定了筛选的条件：必须姓张。

统计个数：count

正如旧集合 Collection 当中的 size 方法一样，流提供 count 方法来数一数其中的元素个数：

long count();

该方法返回一个long值代表元素个数（不再像旧集合那样是int值）。基本使用：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo09StreamCount {

public static void main(String[] args) {

Stream<String> original = Stream.of("张一商", "张三", "王麻子");

Stream<String> result = original.filter(s ‐> s.startsWith("张"));

System.out.println(result.count()); // 2

}

}

 取用前几个：limit

limit 方法可以对流进行截取，只取用前n个。方法签名：

Stream<T> limit(long maxSize);

参数是一个long型，如果集合当前长度大于参数则进行截取；否则不进行操作。基本使用：
 

import java.util.stream.Stream;

public class Demo10StreamLimit {

public static void main(String[] args) {

Stream<String> original = Stream.of("张一上", "张三", "李四");

Stream<String> result = original.limit(2);

System.out.println(result.count()); // 2

}

}

 跳过前几个：skip

如果希望跳过前几个元素，可以使用 skip 方法获取一个截取之后的新流：

Stream<T> skip(long n);

如果流的当前长度大于n，则跳过前n个；否则将会得到一个长度为0的空流。基本使用：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo11StreamSkip {

public static void main(String[] args) {

Stream<String> original = Stream.of("张一上", "张三", "薛蛮子");

Stream<String> result = original.skip(2);

System.out.println(result.count()); // 1

}

}

 映射：map

如果需要将流中的元素映射到另一个流中，可以使用 map 方法。方法签名：

<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);

该接口需要一个 Function 函数式接口参数，可以将当前流中的T类型数据转换为另一种R类型的流。

Function接口

此前我们已经学习过 java.util.stream.Function 函数式接口，其中唯一的抽象方法为：

R apply(T t);

这可以将一种T类型转换成为R类型，而这种转换的动作，就称为“映射”。

基本使用

Stream流中的 map 方法基本使用的代码如：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo08StreamMap {

public static void main(String[] args) {

Stream<String> original = Stream.of("10", "12", "18");

Stream<Integer> result = original.map(Integer::parseInt);

}

}

 这段代码中， map 方法的参数通过方法引用，将字符串类型转换成为了int类型（并自动装箱为 Integer 类对象）。

组合：concat
如果有两个流，希望合并成为一个流，那么可以使用 Stream 接口的静态方法 concat ：
static <T> Stream<T> concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b)

备注：这是一个静态方法，与 java.lang.String 当中的 concat 方法是不同的。

该方法的基本使用代码如：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo12StreamConcat {

public static void main(String[] args) {

Stream<String> streamA = Stream.of("张三");

Stream<String> streamB = Stream.of("张一山");

Stream<String> result = Stream.concat(streamA, streamB);

}

}

 逐一处理：forEach
虽然方法名字叫 forEach ，但是与for循环中的“for-each”昵称不同，该方法并不保证元素的逐一消费动作在流中是被有序执行的。

void forEach(Consumer<? super T> action);

该方法接收一个 Consumer 接口函数，会将每一个流元素交给该函数进行处理。例如：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo12StreamForEach {

public static void main(String[] args) {

Stream<String> stream = Stream.of("张一", "张三", "小敏");

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

}

}

 在这里，方法引用 System.out::println 就是一个 Consumer 函数式接口的示例。

现在有两个 ArrayList 集合存储队伍当中的多个成员姓名，要求使用传统的for循环（或增强for循环）依次进行以

下若干操作步骤：

1.    第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；

2.    第一个队伍筛选之后只要前3个人；

3.    第二个队伍只要姓张的成员姓名；

4.    第二个队伍筛选之后不要前2个人；

5.    将两个队伍合并为一个队伍；

6.    根据姓名创建 Person 对象；

7.    打印整个队伍的Person对象信息。

两个队伍（集合）的代码如下：

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

public class DemoArrayListNames {

public static void main(String[] args) {

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

one.add("迪丽热巴");

one.add("宋远桥");

one.add("苏星河");

one.add("老子");

one.add("庄子");

one.add("孙子");

one.add("洪七公");

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

two.add("古力娜扎");

two.add("张无忌");

two.add("张三丰");

two.add("赵丽颖");

two.add("张二狗");
two.add("张天爱");


two.add("张三");

// ....

}

}

//Person 类的代码为： 
public class Person {

private String name;

public Person() {}

public Person(String name) {

this.name = name;

}

@Override

public String toString() {

return "Person{name=‘" + name + "‘}";

}

public String getName() {

return name;

}

public void setName(String name) {

this.name = name;

}

}

 解答
既然使用传统的for循环写法，那么：

public class DemoArrayListNames {

public static void main(String[] args) {

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

// ...

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

//	...

//	第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；

List<String> oneA = new ArrayList<>(); for (String name : one) {
if (name.length() == 3) { oneA.add(name);

}
}

//	第一个队伍筛选之后只要前3个人；

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

for (int i = 0; i < 3; i++) {

oneB.add(oneA.get(i));

}

//	第二个队伍只要姓张的成员姓名；

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

for (String name : two) {

if (name.startsWith("张")) {

twoA.add(name);

}

}

//	第二个队伍筛选之后不要前2个人；

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

for (int i = 2; i < twoA.size(); i++) {

twoB.add(twoA.get(i));

}

//	将两个队伍合并为一个队伍；

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

totalNames.addAll(oneB);

totalNames.addAll(twoB);

//	根据姓名创建Person对象；

List<Person> totalPersonList = new ArrayList<>();

for (String name : totalNames) {

totalPersonList.add(new Person(name));

}

//	打印整个队伍的Person对象信息。

for (Person person : totalPersonList) {

System.out.println(person);

}

}

}

运行结果为：

Person{name=‘宋远桥‘}

Person{name=‘苏星河‘}

Person{name=‘洪七公‘}

Person{name=‘张二狗‘}

Person{name=‘张天爱‘}

Person{name=‘张三‘}

   集合元素处理（Stream方式）

将上一题当中的传统for循环写法更换为Stream流式处理方式。两个集合的初始内容不变， Person 类的定义也不变。
解答
等效的Stream流式处理代码为：

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

import java.util.stream.Stream;

public class DemoStreamNames {

public static void main(String[] args) {

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

// ...

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

//	...

//	第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；

//	第一个队伍筛选之后只要前3个人；

Stream<String> streamOne = one.stream().filter(s ‐> s.length() == 3).limit(3);

//	第二个队伍只要姓张的成员姓名；

//	第二个队伍筛选之后不要前2个人；

Stream<String> streamTwo = two.stream().filter(s ‐> s.startsWith("张")).skip(2);

//	将两个队伍合并为一个队伍；

//	根据姓名创建Person对象；

//	打印整个队伍的Person对象信息。

Stream.concat(streamOne, streamTwo).map(Person::new).forEach(System.out::println);

}

}

运行效果完全一样：

Person{name=‘宋远桥‘}

Person{name=‘苏星河‘}

Person{name=‘洪七公‘}

Person{name=‘张二狗‘}

Person{name=‘张天爱‘}

Person{name=‘张三‘}

  总结：函数拼接与终结方法

在上述介绍的各种方法中，凡是返回值仍然为 Stream 接口的为函数拼接方法，它们支持链式调用；而返回值不再为 Stream 接口的为终结方法，不再支持链式调用。如下表所示：

并发流

当需要对存在于集合或数组中的若干元素进行并发操作时，简直就是噩梦！我们需要仔细考虑多线程环境下的原子性、竞争甚至锁问题，即便是 java.util.concurrent.ConcurrentMap<K, V> 接口也必须谨慎地正确使用。
而对于Stream流来说，这很简单。
转换为并发流
Stream 的父接口 java.util.stream.BaseStream 中定义了一个 parallel 方法：

S    parallel();
只需要在流上调用一下无参数的 parallel 方法，那么当前流即可变身成为支持并发操作的流，返回值仍然为
Stream 类型。例如：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo13StreamParallel {

public static void main(String[] args) {

Stream<Integer> stream = Stream.of(10, 20, 30, 40, 50).parallel();

}

}

 直接获取并发流

在通过集合获取流时，也可以直接调用 parallelStream 方法来直接获取支持并发操作的流。方法定义为：

default Stream<E> parallelStream() {...}

应用代码为：

import java.util.ArrayList;

import java.util.Collection;

import java.util.stream.Stream;

public class Demo13StreamParallel {

public static void main(String[] args) {

Collection<String> coll = new ArrayList<>();

Stream<String> stream = coll.parallelStream();

}

}

 使用并发流多次执行下面这段代码，结果的顺序在很大概率上是不一定的：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo13StreamParallel {

public static void main(String[] args) {

Stream.of(10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100)

.parallel().forEach(System.out::println);

}

}

 收集Stream结果

对流操作完成之后，如果需要将其结果进行收集，例如获取对应的集合、数组等，如何操作？
收集到集合中

Stream流提供 collect 方法，其参数需要一个 java.util.stream.Collector<T,A, R> 接口对象来指定收集到哪种集合中。幸运的是， java.util.stream.Collectors 类提供一些方法，可以作为 Collector 接口的实例：

public static <T> Collector<T, ?, List<T>> toList() ：转换为 List 集合。

public static <T> Collector<T, ?, Set<T>> toSet() ：转换为 Set 集合。

下面是这两个方法的基本使用代码：

import java.util.List;

import java.util.Set;

import java.util.stream.Collectors;

import java.util.stream.Stream;

public class Demo15StreamCollect {

public static void main(String[] args) {

Stream<String> stream = Stream.of("10", "20", "30", "40", "50");
List<String> list = stream.collect(Collectors.toList());

Set<String> set = stream.collect(Collectors.toSet());

}

}

 收集到数组中

Stream提供 toArray 方法来将结果放到一个数组中，由于泛型擦除的原因，返回值类型是Object[]的：

Object[] toArray();

其使用场景如：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo16StreamArray {

public static void main(String[] args) {

Stream<String> stream = Stream.of("10", "20", "30", "40", "50");

Object[] objArray = stream.toArray();

}

}

 解决泛型数组问题

有了Lambda和方法引用之后，可以使用 toArray 方法的另一种重载形式传递一个 IntFunction<A[]> 的函数，继

而从外面指定泛型参数。方法签名：

<A> A[] toArray(IntFunction<A[]> generator);

有了它，上例代码中不再局限于 Object[] 结果，而可以得到 String[] 结果：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo17StreamArray {

public static void main(String[] args) {

Stream<String> stream = Stream.of("10", "20", "30", "40", "50");

String[] strArray = stream.toArray(String[]::new);

}

}

 既然数组也是有构造器的，那么传递一个数组的构造器引用即可。
Java仍然没有泛型数组，原因同样是泛型擦除。

将数组元素加到集合中

请通过Stream流的方式，将下面数组当中的元素添加（收集）到 List 集合当中：

public class DemoCollect {

public static void main(String[] args) {

int[] array = { 10, 20, 30, 40, 50 };

}

}

解答


首先需要将数组转换成为流，然后再通过 collect 方法收集到 List 集合中：


import java.util.List;

import java.util.stream.Collectors;

import java.util.stream.Stream;

public class DemoCollect {

public static void main(String[] args) {

String[] array = { "Java", "Groovy", "Scala", "Kotlin" };

List<String> list = Stream.of(array).collect(Collectors.toList());

}
}