java8新特性之Stream流

java8新特性之Stream流

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引言

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:

public class Demo01ForEach { 
	public static void main(String[] args) { 
		List<String> list = new ArrayList<>(); 
		list.add("张无忌"); 
		list.add("周芷若"); 
		list.add("赵敏"); 
		list.add("张强"); 
		list.add("张三丰"); 
		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

那怎么办?在Java 8之前的做法可能为:

public class Demo02NormalFilter { 
	public static void main(String[] args) { 
		List<String> list = new ArrayList<>(); 
		list.add("张无忌"); 
		list.add("周芷若"); 
		list.add("赵敏"); 
		list.add("张强"); 
		list.add("张三丰"); 
		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:

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("张无忌");
        list.add("张三丰");
        list.add("周芷若");
        list.add("张强");
        list.add("赵敏");
        list.add("赵敏");

        list.stream().filter(name -> name.startsWith("张"))
                .filter(name -> name.length() == 3)
                .forEach(name-> System.out.println(name));
    }
}

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”。
image.png
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。
image.png
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filtermapskip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。

备注:“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(fluent style)。 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。

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。

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

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。

基本使用:

public class Demo12StreamForEach { 
	public static void main(String[] args) { 
		Stream<String> stream = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若"); 
		stream.forEach(name‐> System.out.println(name)); 	
	} 
}

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。

基本使用:

public class Demo07StreamFilter { 
	public static void main(String[] args) { 
		Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若"); 
		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。

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。

基本使用:

public class Demo08StreamMap { 
	public static void main(String[] args) { 
		Stream<String> original = Stream.of("10", "12", "18"); 
		Stream<Integer> result = original.map(str‐>Integer.parseInt(str)); 
	} 
}

去重:distinct

Stream<T> distinct()

根据equals()方法去重

排序:sorted

Stream<T> sorted()

返回由该流的元素组成的流,按自然顺序排序。如果该流的元素是不 Comparable,一 java.lang.ClassCastException可能当终端操作执行。

Stream<T> sorted(Comparator<? super T> comparator)

返回一个包含该流的元素流,根据提供的 Comparator排序。

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();

基本使用:

public class Demo09StreamCount { 
	public static void main(String[] args) { 
		Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若"); 
		Stream<String> result = original.filter(s ‐> s.startsWith("张")); 
		System.out.println(result.count()); // 2 
	} 
}

取用前几个:limit

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:

public class Demo11StreamSkip { 
	public static void main(String[] args) { 
		Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若"); 
		Stream<String> result = original.skip(2); 
		System.out.println(result.count()); // 1 
	} 
}

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)

基本使用:

public class Demo12StreamConcat { 
	public static void main(String[] args) { 
		Stream<String> streamA = Stream.of("张无忌"); 
		Stream<String> streamB = Stream.of("张翠山"); 
		Stream<String> result = Stream.concat(streamA, streamB); 
	} 
}