Java 之 Stream 流

Posted 2022-12-09 niujifei

Stream流

　　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

一、传统遍历

　　1、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：

 1 import java.util.ArrayList;
 2 import java.util.List;
 3 
 4 public class Demo01ForEach 
 5         public static void main(String[] args) 
 6             List<String> list = new ArrayList<>();
 7             list.add("张无忌");
 8             list.add("周芷若");
 9             list.add("赵敏");
10             list.add("张强");
11             list.add("张三丰");
12             for (String name : list) 
13                 System.out.println(name);
14             
15         
16 

 

 

　　2、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；

　　　　　Java8 之前的做法：

 

 1 import java.util.ArrayList;
 2 import java.util.List;
 3     public class Demo02NormalFilter 
 4         public static void main(String[] args) 
 5             List<String> list = new ArrayList<>();
 6             list.add("张无忌");
 7             list.add("周芷若");
 8             list.add("赵敏");
 9             list.add("张强");
10             list.add("张三丰");
11             List<String> zhangList = new ArrayList<>();
12             for (String name : list) 
13                 if (name.startsWith("张")) 
14                     zhangList.add(name);
15                 
16              
17             List<String> shortList = new ArrayList<>();
18             for (String name : zhangList) 
19                 if (name.length() == 3) 
20                     shortList.add(name);
21                 
22              
23             for (String name : shortList) 
24                 System.out.println(name);
25             
26         
27     

　　　　这段代码中含有三个循环，每一个作用不同： 

　　　　 ① 首先筛选出所有姓张的人；

　　　　 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。

　　3、Stream 的更优写法

　　　　　　使用Java8的Stream API，代码实现：

 1  import java.util.ArrayList;
 2 import java.util.List;
 3 
 4     public class Demo03StreamFilter 
 5         public static void main(String[] args) 
 6             List<String> list = new ArrayList<>();
 7             list.add("张无忌");
 8             list.add("周芷若");
 9             list.add("赵敏");
10             list.add("张强");
11             list.add("张三丰");
12             list.stream()
13                     .filter(s -> s.startsWith("张"))
14                     .filter(s -> s.length() == 3)
15                     .forEach(System.out::println);
16         
17     

 

　　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。

二、流式思想概述

　　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，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 。

　　 注意：“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）。 

　　Stream（流）是一个来自数据源的元素队列：

• •   元素是特定类型的对象，形成一个队列。 Java中的Stream并不会存储元素，而是按需计算。
  •   数据源 流的来源。 可以是集合，数组 等。

　　和以前的Collection操作不同， Stream操作还有两个基础的特征：

• • 　Pipelining: 中间操作都会返回流对象本身。 这样多个操作可以串联成一个管道， 如同流式风格（fluentstyle）。 这样做可以对操作进行优化， 比如延迟执行(laziness)和短路( short-circuiting)。
  •    内部迭代： 以前对集合遍历都是通过Iterator或者增强for的方式, 显式的在集合外部进行迭代， 这叫做外部迭代。 Stream提供了内部迭代的方式，流可以直接调用遍历方法。

　　 当使用一个流的时候，通常包括三个基本步骤：获取一个数据源（source）→ 数据转换→执行操作获取想要的结果，每次转换原有 Stream 对象不改变，返回一个新的 Stream 对象（可以有多次转换），这就允许对其操作可以像链条一样排列，变成一个管道。

三、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
    

　　1、根据 Collection 获取流

　　　　　　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。

　　　　　　Demo：

 1 import java.util .*;
 2 import java.util.stream.Stream;
 3 
 4     public class Demo04GetStream 
 5         public static void main(String[] args) 
 6             List<String> list = new ArrayList<>();
 7             // ...
 8             Stream<String> stream1 = list.stream();
 9             Set<String> set = new HashSet<>();
10             // ...
11             Stream<String> stream2 = set.stream();
12             Vector<String> vector = new Vector<>();
13             // ...
14             Stream<String> stream3 = vector.stream();
15         
16     

 

　　2、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：

　　　　　Demo：

 1 import java.util.HashMap;
 2 import java.util.Map;
 3 import java.util.stream.Stream;
 4 
 5     public class Demo05GetStream 
 6         public static void main(String[] args) 
 7             Map<String, String> map = new HashMap<>();
 8             // ...
 9             Stream<String> keyStream = map.keySet().stream();
10             Stream<String> valueStream = map.values().stream();
11             Stream<Map.Entry<String, String>> entryStream = map.entrySet().stream();
12         
13     

 

　　　　　　

　　3、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：

　　　　　　Demo：

1  import java.util.stream.Stream;
2 
3     public class Demo06GetStream 
4         public static void main(String[] args) 
5             String[] array = "张无忌", "张翠山", "张三丰", "张一元";
6             Stream<String> stream = Stream.of(array);
7         
8     

 

 　　注意： of 方法的参数其实是一个可变参数，所以支持数组。

 

四、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：

• • 　延迟方法：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，其余方法均为延迟方法。）
  •    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。
    

　　1、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。

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。

　　　　Consumer 接口

java.util.function.Consumer<T>接口是一个消费型接口。
Consumer接口中包含抽象方法void accept(T t)，意为消费一个指定泛型的数据。

　　　   基本使用：

1 import java.util.stream.Stream;
2 　　public class Demo12StreamForEach 
3     　　public static void main(String[] args) 
4         　　Stream<String> stream = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
5         　　stream.forEach(name‐> System.out.println(name));
6 　　　　
7 　　

 

　　2、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：

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：

1 import java.util.stream.Stream;
2     public class Demo07StreamFilter 
3         public static void main(String[] args) 
4             Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
5             Stream<String> result = original.filter(s ‐> s.startsWith("张"));
6         
7     

 

　　　　在这里通过Lambda表达式来指定了筛选的条件：必须姓张

　　3、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：

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：

1 import java.util.stream.Stream;
2     public class Demo08StreamMap 
3 　　　　public static void main(String[] args) 
4 　　　　　　Stream<String> original = Stream.of("10", "12", "18");
5 　　　　　　Stream<Integer> result = original.map(str‐>Integer.parseInt(str));
6 　　　　
7 　　

 

　　　　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）。

　　4、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： 

1 import java.util.stream.Stream;
2 　　public class Demo09StreamCount 
3 　　　　public static void main(String[] args) 
4 　　　　　　Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
5 　　　　　　Stream<String> result = original.filter(s ‐> s.startsWith("张"));
6 　　　　　　System.out.println(result.count()); // 2
7 　　　　
8 　　

 

　　5、

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　　7、

　　8、

五、案例

六、