JDK8

[JDK8] 4 Stream API

Stream API

Posted by Mr.Vincent on 2020-03-10
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Stream API 说明

Java 8 中有两大最为重要的改变。第一个是 Lambda 表达式；另一个则是 Stream API。

Stream API（java.util.stream）把整正真的函数式编程风格引入到 Java 中。这是目前为止对 Java 类库最好的补充，因为 Stream API 可以极大提供 Java 程序员的生成力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。

Stream 是 Java 8 中处理集合的关键抽象概念，它可以指定你希望对集合进行的操作，可以执行非常复杂的查询、过滤和映射数据等操作。使用 Stream API 对集合数据进行操作，就类似于使用 SQL 执行的数据库查询。也可以使用 Stream API 来并行操作。简言之， Stream API 提供了一种高效且易于使用的处理数据方式。

为什么要使用 Stream API

实际开发中，项目中大多数数据都来自于 Mysql、Oracle 等。但现在数据源可以更多了，有 MongDB、Redis 等，而这些 NoSQL 的数据就需要 Java 层面去处理。

Stream 和 Collection 集合的区别：Collection 是一种静态的内存数据结构，而 Stream 是有关计算的。前者是主要面向内存，存储在内存中，后者主要是面向 CPU ，通过 CPU 实现计算。

什么是 Stream

是数据渠道，用于操作数据源（集合、数组等）所生成的元素序列。“集合讲的是数据，Stream 讲的是计算！”

注意：

  • Stream 自己不会存储元素。
  • Stream 不会改变源对象。相反，他们会返会一个持有结果的新 Stream。
  • Stream 操作是延迟执行，这意味着他们会等到需要结果的时候才执行。

Stream 的操作三个步骤

  1. 创建 Stream：一个数据源（如：集合、数组），获取一个流。
  2. 中间操作：一个中间操作链，对数据源的数据进行处理。
  3. 终止操作（终端操作）：一旦执行终止操作，就执行中间操作链，并产生结果。之后，不会再被使用。

创建 Stream

通过集合

Java 8 中的 Collection 接口被拓展，提供了两个获取流的方法：

  • default Stream<E> stream()：返回一个顺序流。
  • default Stream<E> parallelstream()：返回一个并行流。

通过数组

Java 8 中的 Arrays 的静态方法 stream() 可以获取数组流：

  • static <T> Stream<T> stream(T[] array)：返回一个流。

重载形式，能够处理对应基本类型的数组：

  • public static IntStream stream(int[] array)
  • public static LongStream stream(long[] array)
  • public static DoubleStream stream(double[] array)

通过 Stream 的 of()

可以调用 Stream 类静态方法 of()，通过显示值创建一个流（它可以接受任意数量的参数）:

  • public static<T> Stream<T> of(T... values)：返回一个流。

创建无限流

可以使用静态方法 Stream.iterate() 和 Stream.generate(), 创建无限流：

  • 迭代 public static<T> Stream<T> iterate(final T seed, final UnaryOperator<T> f)

  • 生成 public static<T> Stream<T> generate(Supplier<T> s)

示例：

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public class EmployeeData {

    public static List<Employee> getEmployees(){
        List<Employee> list = new ArrayList<>();

        list.add(new Employee(1001,"马化腾",34,6000.38));
        list.add(new Employee(1002,"马云",12,9876.12));
        list.add(new Employee(1003,"刘强东",33,3000.82));
        list.add(new Employee(1004,"雷军",26,7657.37));
        list.add(new Employee(1005,"李彦宏",65,5555.32));
        list.add(new Employee(1006,"比尔盖茨",42,9500.43));
        list.add(new Employee(1007,"任正非",26,4333.32));
        list.add(new Employee(1008,"扎克伯格",35,2500.32));

        return list;
    }

}

class Employee{
    private Integer id;
    private String name;
    private Integer age;
    private Double salary;

    public Employee(Integer id, String name, Integer age, Double salary) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.salary = salary;
    }

    public Employee(Integer id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    public Double getSalary() {
        return salary;
    }

    public void setSalary(Double salary) {
        this.salary = salary;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Employee{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", salary=" + salary +
                '}';
    }
}
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/**
 * @ProjectName:
 * @Package: com.example.jdk_18.stream_api
 * @ClassName: StreamAPI
 * @Description:
 *
 * 1.Stream 关注的是对数组的运算，与 CPU 打交道集合关注的是数组的存储，与内存打交道
 * （1） Stream 自己不会存储元素。
 * （2） Stream 不会改变源对象。相反，他们会返会一个持有结果的新 Stream。
 * （3） Stream 操作是延迟执行，这意味着他们会等到需要结果的时候才执行。
 * <p>
 * 2.Stream 执行流程
 * （1） Stream 的实例化
 * （2） 一个中间操作链，对数据源的数据进行处理
 * （3） 终止操作
 *
 * @Author: Mr.Vincent
 * @CreateDate: 2019/12/16 16:44
 * @Version: 1.0.0
 */
public class StreamAPI_Create {

    //通过集合
    @Test
    public void m1() {
        List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();
        //default Stream<E> stream()：返回一个顺序流。
        Stream<Employee> stream = employees.stream();

        //default Stream<E> parallelstream()：返回一个并行流。
        Stream<Employee> parallelStream = employees.parallelStream();
    }

    //通过数组
    @Test
    public void m2() {
        //调用 Arrays 类的 static <T> Stream<T> stream(T[] array)
        int[] arr = new int[]{1, 2, 3, 4, 5, 6};
        IntStream stream = Arrays.stream(arr);

        Employee e1 = new Employee(1001, "Tom");
        Employee e2 = new Employee(1002, "Jerry");
        Employee[] aE = new Employee[]{e1, e2};
        Stream<Employee> aStream = Arrays.stream(aE);
    }

    //通过 Stream 的 of()
    @Test
    public void m3() {
        //public static<T> Stream<T> of(T... values)：返回一个流。
        Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5, 6);
    }

    //创建无限流
    @Test
    public void m4() {
        //迭代 public static<T> Stream<T> iterate(final T seed, final UnaryOperator<T> f)
        //遍历前10个偶数
        Stream.iterate(0, t -> t + 2).limit(10).forEach(System.out::println);

        //生成 public static<T> Stream<T> generate(Supplier<T> s)
        Stream.generate(Math::random).limit(10).forEach(System.out::println);
    }
}

Stream 的中间操作

多个中间操作可以连接起来形成一个流水线，除非流水线上触发终止操作，否则中间操作不会执行任何的处理！而在终止操作时一次性全部处理，称为“惰性求值”。

筛选与切片

  • filter(Predicate p)：接收 Lambda ，从流中排除某些元素。
  • distinct()：筛选，通过流所生成元素的 hashCode() 和 equals() 去除重复元素。
  • limit(long maxSize)：截断流，使其元素不超过给定数量。
  • skip(long n)：跳过元素，返回一个扔掉了前 n 个元素的流；若流中元素不足 n 个，则返回一个空流；与 limit(n) 互补。

映射

  • map(Function f)：接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，并将其映射成一个新的元素。
  • mapToDouble(ToDoubleFunction f)：接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，产生一个新的 DoubleStream。
  • mapToInt(ToIntFunction f)：接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，产生一个新的 IntStream。
  • mapToLong(ToLongFunction f)：接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，产生一个新的 LongStream。
  • flatMap(Function f)：接收一个函数作为参数，将流中的每个值都换成另一个流，然后把所有流连接成一个流。

排序

  • sorted()：产生一个新流，其中按自然顺序排序。
  • sorted(Comparator com)：产生一个新流，其中按比较器顺序排序。

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/**
 * @ProjectName:
 * @Package: com.example.jdk_18.stream_api
 * @ClassName: StreamAPI_Operation
 * @Description: 测试 Stream 的中间操作
 * @Author: Mr.Vincent
 * @CreateDate: 2020/2/29 22:12
 * @Version: 1.0.0
 */
public class StreamAPI_Operation {

    //筛选与切片
    @Test
    public void m1() {
        List<Employee> list = EmployeeData.getEmployees();

        //filter(Predicate p)：接收 Lambda ，从流中排除某些元素。
        Stream<Employee> stream = list.stream();
        stream.filter(employee -> employee.getSalary() > 7000).forEach(System.out::println);
        System.out.println();

        //limit(long maxSize)：截断流，使其元素不超过给定数量
        list.stream().limit(3).forEach(System.out::println);
        System.out.println();


        //skip(long n)：跳过元素，返回一个扔掉了前 n 个元素的流；若流中元素不足 n 个，则返回一个空流；与 limit(n) 互补。
        list.stream().skip(3).forEach(System.out::println);
        System.out.println();


        //distinct()：筛选，通过流所生成元素的 hashCode() 和 equals() 去除重复元素。

        list.add(new Employee(1010, "刘强东", 40, 8000.00));
        list.add(new Employee(1010, "刘强东", 41, 8000.00));
        list.add(new Employee(1010, "刘强东", 40, 8000.00));
        list.add(new Employee(1010, "刘强东", 40, 8000.00));
        list.add(new Employee(1010, "刘强东", 40, 8000.00));
        System.out.println(list);

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

    //映射
    @Test
    public void m2() {
        //map(Function f)：接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元 素上，并将其映射成一个新的元素。
        List<String> list = Arrays.asList("aa", "bb", "cc");
        list.stream().map(s -> s.toUpperCase()).forEach(System.out::println);

        //获取员工姓名长度大于3的员工姓名
        List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();
        employees.stream().map(Employee::getName).filter(name -> name.length() > 3).forEach(System.out::println);

        //flatMap(Function f)：接收一个函数作为参数，将流中的每个值都换成另一个流，然后把所有流连接成一个流。
        Stream<Character> characterStream = list.stream().flatMap(StreamAPI_Operation::fromStringStream);
        characterStream.forEach(System.out::println);
    }

    public static Stream<Character> fromStringStream(String str) {
        ArrayList<Character> characters = new ArrayList<>();
        for (char c : str.toCharArray()) {
            characters.add(c);
        }
        return characters.stream();
    }

    //排序
    @Test
    public void m3() {
        //sorted()：产生一个新流，其中按自然顺序排序。
        List<Integer> list = Arrays.asList(12, 34, 53, 221, 45, -98, 7, 98);
        list.stream().sorted().forEach(System.out::println);
        System.out.println();

        //sorted(Comparator com)：产生一个新流，其中按比较器顺序排序。
        List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();
        employees.stream().sorted((e1, e2) -> {
            int ageVal = Integer.compare(e1.getAge(), e2.getAge());
            if (ageVal != 0) {
                return ageVal;
            } else {
                return Double.compare(e1.getSalary(), e2.getSalary());
            }
        }).forEach(System.out::println);
    }
}

Stream 的终止操作

终端操作会从流的流水线生成结果。其结果可以是任何不是流的值，例 如：List、Integer，甚至是 void。流进行了终止操作后，不能再次使用。

匹配与查找

  • allMatch(Predicate p)：检查是否匹配所有元素。
  • anyMatch(Predicate p)：检查是否至少匹配一个元素。
  • noneMatch(Predicate p)：检查是否没有匹配所有元素。
  • findFirst()：返回第一个元素。
  • findAny()：返回当前流中的任意元素。
  • count()：返回流中元素总数。
  • max(Comparator c)：返回流中最大值。
  • min(Comparator c)：返回流中最小值。
  • forEach(Consumer c)：内部迭代(使用 Collection 接口需要用户去做迭代，称为外部迭代。相反，Stream API 使用内部迭代——它帮你把迭代做了)。

归约

  • reduce(T iden, BinaryOperator b)：可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回 T。
  • reduce(BinaryOperator b)：可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回 Optional。

收集

  • collect(Collector c)：将流转换为其他形式。接收一个 Collector 接口的实现，用于给Stream中元素做汇总的方法。

Collector 接口中方法的实现决定了如何对流执行收集的操作(如收集到 List、Set、 Map)。另外， Collectors 实用类提供了很多静态方法，可以方便地创建常见收集器实例， 具体方法与实例如下表：

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/**
 * @ProjectName:
 * @Package: com.example.jdk_18.stream_api
 * @ClassName: StreamAPI_Termination
 * @Description: 测试 Stream 的终止操作
 * @Author: Mr.Vincent
 * @CreateDate: 2020/3/10 01:20
 * @Version: 1.0.0
 */
public class StreamAPI_Termination {

    //匹配与查找
    @Test
    public void m1() {
        List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();

        //allMatch(Predicate p)：检查是否匹配所有元素。
        //练习：是否所有员工的年龄都是大于18
        boolean allMatch = employees.stream().allMatch(employee -> employee.getAge() > 18);
        System.out.println(allMatch);
        System.out.println();

        //anyMatch(Predicate p)：检查是否至少匹配一个元素。
        //练习：是否存员工的工资大于10000
        boolean anyMatch = employees.stream().anyMatch(employee -> employee.getSalary() > 10000);
        System.out.println(anyMatch);
        System.out.println();

        //noneMatch(Predicate p)：检查是否没有匹配所有元素。
        //练习：是否存员工姓"雷"
        boolean noneMatch = employees.stream().noneMatch(employee -> employee.getName().startsWith("雷"));
        System.out.println(noneMatch);
        System.out.println();

        //findFirst()：返回第一个元素。
        Optional<Employee> first = employees.stream().findFirst();
        System.out.println(first);
        System.out.println();

        //findAny()：返回当前流中的任意元素。
        Optional<Employee> any = employees.stream().findAny();
        System.out.println(any);
    }

    @Test
    public void m2() {
        List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();

        //count()：返回流中元素总数。
        long count = employees.stream().filter(employee -> employee.getSalary() > 5000).count();
        System.out.println(count);
        System.out.println();

        //max(Comparator c)：返回流中最大值。
        //练习：返回最高的工资
        Stream<Double> doubleStream = employees.stream().map(employee -> employee.getSalary());
        Optional<Double> max = doubleStream.max(Double::compare);
        System.out.println(max);
        System.out.println();

        //min(Comparator c)：返回流中最小值。
        //练习：返回最低工资的员工
        Optional<Employee> min = employees.stream().min((e1, e2) -> Double.compare(e1.getSalary(), e2.getSalary()));
        System.out.println(min);
        System.out.println();

        //forEach(Consumer c)：内部迭代(使用 Collection 接口需要用户去做迭代，称为外部迭代。相反，Stream API 使用内部迭代——它帮你把迭代做了)。
        employees.stream().forEach(System.out::println);

        //使用 Collection 接口需要用户去做迭代，称为外部迭代。
        employees.forEach(System.out::println);
    }

    //归约（reduce）
    @Test
    public void m3() {
        //reduce(T iden, BinaryOperator b)：可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回 T。
        //练习：计算1-10的自然数的和
        List<Integer> integers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
        Integer reduceSumInteger = integers.stream().reduce(0, Integer::sum);
        System.out.println(reduceSumInteger);
        System.out.println();

        //reduce(BinaryOperator b)：可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回 Optional<T>。
        //l练习：计算公司所有原有员工工资的总和
        List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();
        Optional<Double> reduceSumDouble = employees.stream().map(Employee::getSalary).reduce(Double::sum);
        System.out.println(reduceSumDouble);

        Optional<Double> aDouble = employees.stream().map(Employee::getSalary).reduce((d1, d2) -> d1 + d2);
        System.out.println(aDouble);
    }

    //收集
    @Test
    public void m4() {
        List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();

        //collect(Collector c)：将流转换为其他形式。接收一个 Collector 接口的实现，用于给Stream中元素做汇总的方法。
        //练习：查找工资大于6000的员工，返回一个 List 或者一个 Set
        List<Employee> collectList = employees.stream().filter(employee -> employee.getSalary() > 6000).collect(Collectors.toList());
        collectList.forEach(System.out::println);
        System.out.println();

        Set<Employee> collectSet = employees.stream().filter(employee -> employee.getSalary() > 6000).collect(Collectors.toSet());
        collectSet.forEach(System.out::println);
    }
}

案例源码：https://github.com/V-Vincen/jdk_18

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