Java 之 Stream 流
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:
import java.util.ArrayList;
import java.util.List; public class DemoForEach {
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);
}
}
}
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:
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class DemoNormalFilter {
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:
import java.util.ArrayList;
import java.util.List; public class DemoStreamFilter {
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.stream()
.filter(s -> s.startsWith("张"))
.filter(s -> s.length() == 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。
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:
import java.util .*;
import java.util.stream.Stream; public class DemoGetStream {
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();
}
}
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:
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Stream; public class DemoGetStream {
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();
}
}
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:
import java.util.stream.Stream; public class DemoGetStream {
public static void main(String[] args) {
String[] array = {"张无忌", "张翠山", "张三丰", "张一元"};
Stream<String> stream = Stream.of(array);
}
}
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:
import java.util.stream.Stream;
public class DemoStreamForEach {
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));
}
}
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:
import java.util.stream.Stream;
public class DemoStreamFilter {
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
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:
import java.util.stream.Stream;
public class DemoStreamMap {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> original = Stream.of("10", "12", "18");
Stream<Integer> result = original.map(str‐>Integer.parseInt(str));
}
}
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:
import java.util.stream.Stream;
public class DemoStreamCount {
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()); //
}
}
5、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 DemoStreamLimit {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
Stream<String> result = original.limit(2);
System.out.println(result.count()); //
}
}
6、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 DemoStreamSkip {
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()); //
}
}
7、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)
注意:这是一个静态方法,与 java.lang.String 当中的 concat 方法是不同的。
基本使用:
import java.util.stream.Stream;
public class DemoStreamConcat {
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);
}
}
五、案例
题目:现在有两个 ArrayList 集合存储队伍当中的多个成员姓名, 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;存储到一个新集合中。
2. 第一个队伍筛选之后只要前3个人;存储到一个新集合中。
3. 第二个队伍只要姓张的成员姓名;存储到一个新集合中。
4. 第二个队伍筛选之后不要前2个人;存储到一个新集合中。
5. 将两个队伍合并为一个队伍;存储到一个新集合中。
6. 根据姓名创建 Person 对象;存储到一个新集合中。
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) {
//第一支队伍
ArrayList<String> one = new ArrayList<>();
one.add("迪丽热巴");
one.add("宋远桥");
one.add("苏星河");
one.add("石破天");
one.add("石中玉");
one.add("老子");
one.add("庄子");
one.add("洪七公");
//第二支队伍
ArrayList<String> two = new ArrayList<>();
two.add("古力娜扎");
two.add("张无忌");
two.add("赵丽颖");
two.add("张三丰");
two.add("尼古拉斯赵四");
two.add("张天爱");
two.add("张二狗");
// ....
}
}
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;
}
}
方式一:使用传统的for循环(或增强for循环)
代码实现:
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);
}
}
}
方式二:使用 Stream 流式处理方式。
代码实现:
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);
}
}
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