【Java8实战】开始使用流

Java 8 中的 Stream 俗称为流,它与 java.io 包里的 InputStream 和 OutputStream 是完全不同的概念。Stream 用于对集合对象进行各种非常便利、高效的聚合操作,或者大批量数据操作。Stream API 借助于Lambda 表达式,极大的提高编程效率和程序可读性。同时它提供串行和并行两种模式进行汇聚操作,并发模式能够充分利用多核处理器的优势。通过下面的例子我们可以初步体会到使用 Stream 处理集合的便利性。

初探Stream

有如下一个List,现要从中筛选出以J开头的元素,然后转换为大写,最后输出结果。Java 8之前我们是这样做的:

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List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift");
List<String> filterList = new ArrayList<>();
for (String str : list) {
if (str.startsWith("J")) {
filterList.add(str.toUpperCase());
}
}
for (String str : filterList) {
System.out.println(str);
}

为了筛选集合我们进行了两次外部迭代,并且还创建了一个用来临时存放筛选元素的集合对象。借助Java 8中的Stream我们可以极大的简化这个处理过程:

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List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift");
list.stream()
.filter(s -> s.startsWith("J"))
.map(String::toUpperCase)
.forEach(System.out::println);

是不是很方便?上面的例子中,集合使用stream方法创建了一个流,然后使用filtermap方法来处理这个集合,它们统称为中间操作。中间操作都会返回另一个流,以便于将各种对集合的操作连接起来形成一条流水线。最后我们使用了forEach方法迭代筛选结果,这种位于流的末端,对流进行处理并且生成结果的方法称为终端操作

总而言之,流的使用一般包括三件事情:

  1. 一个数据源(如集合)来执行一个查询;

  2. 一个中间操作链,形成一条流的流水线;

  3. 一个终端操作,执行流水线,并能生成结果。

下表列出了流中常见的中间操作和终端操作:

操作类型返回类型使用的类型/函数式接口函数描述符
filter中间Stream<T>Predicate<T>T -> boolean
distinct中间Stream<T>
skip中间Stream<T>long
limit中间Stream<T>long
map中间Stream<R>Function<T, R>T -> R
flatMap中间Stream<R>Function<T, Stream<R>>T -> Stream<R>
sorted中间Stream<T>Comparator<T>(T, T) -> int
anyMatch终端booleanPredicate<T>T -> boolean
noneMatch终端booleanPredicate<T>T -> boolean
allMatch终端booleanPredicate<T>T -> boolean
findAny终端Optional<T>
findFirst终端Optional<T>
forEach终端voidConsumer<T>T -> void
collect终端RCollector<T, A, R>
reduce终端Optional<T>BinaryOperator<T>(T, T) -> T
count终端long
下面详细介绍这些操作的使用。除了特殊说明,默认使用下面这个集合作为演示:

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List<String> list = Arrays.asList("Java", "JavaScript", "python", "PHP", "C#", "Golang", "Swift", "C++", "Ruby");

中间操作

filter

Streams接口支持·filter方法,该方法接收一个Predicate<T>,函数描述符为T -> boolean,用于对集合进行筛选,返回所有满足的元素:

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list.stream()
.filter(s -> s.contains("#"))
.forEach(System.out::println);

结果输出C#

distinct

distinct方法用于排除流中重复的元素,类似于SQL中的distinct操作。比如筛选中集合中所有的偶数,并排除重复的结果:

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List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 1, 3, 3, 2, 4);
numbers.stream()
.filter(i -> i % 2 == 0)
.distinct()
.forEach(System.out::println);

结果输出2 4

skip

skip(n)方法用于跳过流中的前n个元素,如果集合元素小于n,则返回空流。比如筛选出以J开头的元素,并排除第一个:

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list.stream()
.filter(s -> s.startsWith("J"))
.skip(1)
.forEach(System.out::println);

结果输出JavaScript

limit

limit(n)方法返回一个长度不超过n的流,比如下面的例子将输出Java JavaScript python

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list.stream()
.limit(3)
.forEach(System.out::println);

map

map方法接收一个函数作为参数。这个函数会被应用到每个元素上,并将其映射成一个新的元素。如:

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list.stream()
.map(String::length)
.forEach(System.out::println);

结果输出4 10 6 3 2 6 5 3 4

map还支持将流特化为指定原始类型的流,如通过mapToIntmapToDoublemapToLong方法,可以将流转换为IntStreamDoubleStreamLongStream。特化后的流支持summinmax方法来对流中的元素进行计算。比如:

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List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 1, 3, 3, 2, 4);
IntStream intStream = numbers.stream().mapToInt(a -> a);
System.out.println(intStream.sum()); // 16

也可以通过下面的方法,将IntStream转换为Stream

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Stream<Integer> s = intStream.boxed();

flatMap

flatMap用于将多个流合并成一个流,俗称流的扁平化。这么说有点抽象,举个例子,比如现在需要将list中的各个元素拆分为一个个字母,并过滤掉重复的结果,你可能会这样做:

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list.stream()
.map(s -> s.split(""))
.distinct()
.forEach(System.out::println);

输出如下:

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[Ljava.lang.String;@e9e54c2
[Ljava.lang.String;@65ab7765
[Ljava.lang.String;@1b28cdfa
[Ljava.lang.String;@eed1f14
[Ljava.lang.String;@7229724f
[Ljava.lang.String;@4c873330
[Ljava.lang.String;@119d7047
[Ljava.lang.String;@776ec8df
[Ljava.lang.String;@4eec7777

这明显不符合我们的预期。实际上在map(s -> s.split(""))操作后,返回了一个Stream<String[]>类型的流,所以输出结果为每个数组对象的句柄,而我们真正想要的结果是Stream<String>

在Stream中,可以使用Arrays.stream()方法来将数组转换为流,改造上面的方法:

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list.stream()
.map(s -> s.split(""))
.map(Arrays::stream)
.distinct()
.forEach(System.out::println);

输出如下:

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java.util.stream.ReferencePipeline$Head@eed1f14
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@7229724f
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@4c873330
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@119d7047
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@776ec8df
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@4eec7777
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@3b07d329
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@41629346
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@404b9385

因为上面的流经过map(Arrays::stream)处理后,将每个数组变成了一个新的流,返回结果为流的数组Stream<String>[],所以输出是各个流的句柄。我们还需将这些新的流连接成一个流,使用flatMap来改写上面的例子:

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list.stream()
.map(s -> s.split(""))
.flatMap(Arrays::stream)
.distinct()
.forEach(s -> System.out.print(s + " "));

输出如下:

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J a v S c r i p t y h o n P H C # G l g w f + R u b

map类似,flatMap方法也有相应的原始类型特化方法,如flatMapToInt等。

终端操作

anyMatch

anyMatch方法用于判断流中是否有符合判断条件的元素,返回值为boolean类型。比如判断list中是否含有SQL元素:

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list.stream()
.anyMatch(s -> "SQL".equals(s)); // false

allMatch

allMatch方法用于判断流中是否所有元素都满足给定的判断条件,返回值为boolean类型。比如判断list中是否所有元素长度都不大于10:

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list.stream()
.allMatch(s -> s.length() <= 10); // true

noneMatch

noneMatch方法用于判断流中是否所有元素都不满足给定的判断条件,返回值为boolean类型。比如判断list中不存在长度大于10的元素:

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list.stream()
.noneMatch(s -> s.length() > 10); // true

findAny

findAny方法用于返回流中的任意元素的Optional类型,例如筛选出list中任意一个以J开头的元素,如果存在,则输出它:

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list.stream()
.filter(s -> s.startsWith("J"))
.findAny()
.ifPresent(System.out::println); // Java

findFirst

findFirst方法用于返回流中的第一个元素的Optional类型,例如筛选出list中长度大于5的元素,如果存在,则输出第一个:

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list.stream()
.filter(s -> s.length() > 5)
.findFirst()
.ifPresent(System.out::println); // JavaScript

reduce

reduce函数从字面上来看就是压缩,缩减的意思,它可以用于数字类型的流的求和,求最大值和最小值。如对numbers中的元素求和:

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List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 1, 3, 3, 2, 4);
numbers.stream()
.reduce(0, Integer::sum); // 16

reduce函数也可以不指定初始值,但这时候将返回一个Optional对象,比如求最大值和最小值:

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numbers.stream()
.reduce(Integer::max)
.ifPresent(System.out::println); // 4
numbers.stream()
.reduce(Integer::min)
.ifPresent(System.out::println); // 1

forEach

forEach用于迭代流中的每个元素,最为常见的就是迭代输出,如:

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

count

count方法用于统计流中元素的个数,比如:

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list.stream().count(); // 9

collect

collect方法用于收集流中的元素,并放到不同类型的结果中,比如ListSet或者Map。举个例子:

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List<String> filterList = list.stream()
.filter(s -> s.startsWith("J")).collect(Collectors.toList());

如果需要以Set来替代List,只需要使用Collectors.toSet()就好了。

流的构建

除了使用集合对象的stream方法构建流之外,我们可以手动构建一些流。

数值范围构建

IntStreamLongStream对象支持rangerangeClosed方法来构建数值流。这两个方法都是第一个参数接受起始值,第二个参数接受结束值。但range是不包含结束值的,而rangeClosed则包含结束值。比如对1到100的整数求和:

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IntStream.rangeClosed(1, 100).sum(); // 5050

由值构建

静态方法Stream.of可以显式值创建一个流。它可以接受任意数量的参数。例如,以下代码直接使用Stream.of创建了一个字符串流:

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Stream<String> s = Stream.of("Java", "JavaScript", "C++", "Ruby");

也可以使用Stream.empty()构建一个空流:

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Stream<Object> emptyStream = Stream.empty();

由数组构建

静态方法Arrays.stream可以通过数组创建一个流。它接受一个数组作为参数。例如:

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int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
IntStream intStream = Arrays.stream(arr);

由文件生成流

java.nio.file.Files中的很多静态方法都会返回一个流。例如Files.lines方法会返回一个由指定文件中的各行构成的字符串流。比如统计一个文件中共有多少个字:

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long wordCout = 0L;
try (Stream<String> lines = Files.lines(Paths.get("file.txt"), Charset.defaultCharset())) {
wordCout = lines.map(l -> l.split(""))
.flatMap(Arrays::stream)
.count();
} catch (Exception ignore) {}

由函数构造

Stream API提供了两个静态方法来从函数生成流:Stream.iterateStream.generate。这两个操作可以创建所谓的无限流。比如下面的例子构建了10个偶数:

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Stream.iterate(0, n -> n + 2)
.limit(10).forEach(System.out::println);

iterate方法接受一个初始值(在这里是0),还有一个依次应用在每个产生的新值上的Lambda(UnaryOperator类型)。这里,我们使用Lambda n -> n + 2,返回的是前一个元 素加上2。因此,iterate方法生成了一个所有正偶数的流:流的第一个元素是初始值0。然后加上2来生成新的值2,再加上2来得到新的值4,以此类推。

iterate方法类似,generate方法也可让你按需生成一个无限流。但generate不是依次对每个新生成的值应用函数,比如下面的例子生成了5个0到1之间的随机双精度数:

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Stream.generate(Math::random)
.limit(5)
.forEach(System.out::println);

输出结果如下:

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0.6334646850587863
0.4190147641834009
0.4361968394515475
0.6911796456838655
0.08156838267267075

《Java 8实战》读书笔记


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