Java流式思想和方法引用

1. Stream流

1.1 概述

传统集合的多步遍历代码

/*

    传统的方式遍历集合,过滤集合,打印输出满足条件的集合

 */

import java.util.ArrayList;

public class Demo01LIst {

    public static void main(String[] args) {

        // 创建list集合，存储姓名

        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

        list.add("张无忌");

        list.add("赵敏");

        list.add("周芷若");

        list.add("张强");

        list.add("张三丰");

        ArrayList<String> listA = new ArrayList<>();

        for (String s : list) {

            // 对list集合过滤，将张字开头的添加到listA集合中

            if (s.startsWith("张")) {

                listA.add(s);

            }

        }

        ArrayList<String> listB = new ArrayList<>();

        for (String s : listA) {

            // 对listA集合过滤，只要名字长度为3的

            if (s.length() == 3) {

                listB.add(s);

            }

        }

        // 遍历listB集合，打印输出

        for (String s : listB) {

            System.out.println(s);

        }

    }

}

Stream的更优写法

import java.util.ArrayList;

/*

    使用Stream流的方式，遍历集合，对集合中的数据进行过滤

    Stream流式JDK1.8之后出现的

    关注的是做什么，而不是怎么做

 */

public class Demo02Stream {

    public static void main(String[] args) {

        // 创建list集合，存储姓名

        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

        list.add("张无忌");

        list.add("赵敏");

        list.add("周芷若");

        list.add("张强");

        list.add("张三丰");

        // 对list集合过滤，将张字开头的添加到listA集合中

        // 对listA集合过滤，只要名字长度为3的

        // 遍历listB集合，打印输出

        list.stream()

                .filter(name -> name.startsWith("张"))

                .filter(name -> name.length() == 3)

                .forEach(name -> System.out.println(name));

    }

}

1.2 流式思想的概述

注意：请暂时忘记对传统IO流固有的印象！

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。

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。

1.3 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。

    • default Stream<E> stream()

  • Stream接口的静态方法 of，可以获取数组对应的流。

    • static <T> Stream<T> of(T... values)
    • 参数是一个可变参数，那么我们就可以传递一个数组。

  • 示例:

/*

获取stream流的两种方式

1. 所有Collection集合都可以通过默认方法 stream获取流

2. 可以使用Stream接口中的静态方法，of，将数组转换成流对象

 */

import java.util.*;

import java.util.stream.Stream;

public class Demo03GetStream {

    public static void main(String[] args) {

        // 把集合转换为Stream流

        List<String> list = new ArrayList<>();

        Stream<String> stream1 = list.stream();

        Set<String> set = new HashSet<>();

        Stream<String> stream2 = set.stream();

        Map<String, String> map = new HashMap<>();

        // 获取键，存储到set集合中

        Set<String> keySet = map.keySet();

        Stream<String> stream3 = keySet.stream();

        // 获取值，存储到Collection集合

        Collection<String> values = map.values();

        Stream<String> stream4 = values.stream();

        // 获取键值对(键与值的映射关系 entrySet)

        Set<Map.Entry<String, String>> entries = map.entrySet();

        Stream<Map.Entry<String, String>> stream5 = entries.stream();

        // 把数组转换为Stream流

        Stream<Integer> stream6 = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5);

        // 可变参数可以传递数组

        Integer[] arr = {1, 3, 4, 5};

        Stream<Integer> stream7 = Stream.of(arr);

        String[] arr2 = {"a", "b", "c", "d"};

        Stream<String> stream8 = Stream.of(arr2);

    }

}

1.4 常用方法

流模型的操作很丰富，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

虽然名字叫 forEach，但是与for循环中的 for-each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 接口是一个消费型的函数式接口，可以传递 Lambda表达式，消费数据。

简单记：

forEach方法，用来遍历流中的数据，是一个终结方法，遍历之后就不能继续调用Stream流中的其他方法。

  • 示例：
import java.util.stream.Stream;

public class Demo04ForEach {

    public static void main(String[] args) {

        // 获取一个Stream流

        Stream<String> stream = Stream.of("迪丽热巴", "古力娜扎", "马儿扎哈");

        // 使用forEach，参数传递Lambda表达式

        /*stream.forEach((String name) -> {

            System.out.println(name);

        });*/

        // 优化Lambda表达式

        stream.forEach(name -> System.out.println(name));

    }

}

/*

print result：

迪丽热巴

古力娜扎

马儿扎哈

*/

②过滤：filter

  • filter：用于对 Stream流中的数据进行过滤。

  • Stream filter(Predicate<? super T> predicate) ;

  • filter方法的参数 Predicate是一个函数式接口，所以可以传递 Lambda表达式，对数据进行过滤。

  • Predicate中的抽象方法：

    • boolean test(T t);

  • 示例:

import java.util.stream.Stream;

// Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);

public class Demo05Filter {

    public static void main(String[] args) {

        // 获取Stream流

        Stream<String> stream = Stream.of("张三丰", "张三疯", "周芷若", "赵敏", "张翠山");

        // 使用 filter方法进行过滤

        // stream.filter((String name) -> {name.startsWith("张");});

        // 使用 filter之后，返回一个新的流

        Stream<String> newStream = stream.filter(name -> name.startsWith("张"));

        // 逐一输出

        newStream.forEach(name -> System.out.println(name));

        /*

            Stream流属于管道流，只能被消费(使用)一次

            第一个Stream流调用完毕，数据就会流到下一个Stream上

            而这时第一个Stream流已经使用完毕，就会关闭了

            所以第一个Stream流就不能再调用方法了

 IllegalStateException: stream has already been operated upon or closed

         */

        // 已经被使用一次了，再次使用会抛出异常

        // stream.forEach(name -> System.out.println(name));

    }

}

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。
  • <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中的抽象方法：
    • R apply(T t);
  • 示例：
import java.util.stream.Stream;

public class Demo06Map {

    public static void main(String[] args) {

        // 获取一个String类的Stream流

        Stream<String> stream = Stream.of("1", "2", "3", "4");

        // 将String类型的整数，转换(映射)为 Integer类型的整数

        Stream<Integer> stream2 = stream.map((String s) -> {

            return Integer.parseInt(s);

        });

        // 遍历 stream2流

        stream2.forEach(num -> System.out.println(num));

    }

}

④统计个数：count

正如旧集合 Collection当中的 size方法一样，Stream提供 count方法来获取其中元素的个数。

  • count：用于统计Stream流中元素的个数。

  • long count();

  • count方法是一个终结方法，返回值是一个 long类型的整数，所以不能再调用 Stream流中的其他方法了。

  • 示例：

import java.util.ArrayList;

import java.util.stream.Stream;

public class Demo07Count {

    public static void main(String[] args) {

        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();

        list.add(1);

        list.add(2);

        list.add(3);

        list.add(4);

        list.add(5);

        Stream<Integer> stream = list.stream();

        long count = stream.count();

        System.out.println(count);

    }

}

⑤取用前几个：limit

  • limit：用于截取流中的元素。

  • limit方法可以对流进行截取，只取用前 n 个。

  • Stream<T> limit(long maxSize);

    • 参数是一个 long类型，如果集合当前长度大于参数，则进行截取；否则不进行操作。

  • limit方法是一个 延迟方法，只是对流中的元素进行截取，返回的是一个新的流，所以可以继续调用 Stream流中的其他方法。

  • 示例：

import java.util.Arrays;

import java.util.stream.Stream;

public class Demo08Limit {

    public static void main(String[] args) {

        String[] arr = {"喜羊羊", "美羊羊", "暖羊羊", "灰太狼", "红太狼"};

        Stream<String> stream = Arrays.stream(arr);

        Stream<String> stream2 = stream.limit(3); // 截取前3个元素，并返回新的Stream流

        stream2.forEach(name -> System.out.println(name));

    }

}

⑥跳过前几个：skip

  • skip：用于跳过元素；
  • 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。
import java.util.stream.Stream;

public class Demo09Skip {

    public static void main(String[] args) {

        String[] arr = {"喜羊羊", "美羊羊", "暖羊羊", "灰太狼", "红太狼"};

        Stream<String> stream = Stream.of(arr);

        // 跳过前3个

        Stream<String> stream2 = stream.skip(3);

        stream2.forEach(name -> System.out.println(name));

    }

}

⑦组合：concat

  • concat：用于把流组合到一起。
  • 如果有两个流，希望合并成一个流，那么可以使用 Stream 接口中的静态方法 concat
  • public static Stream concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b)
  • 示例：
import java.util.stream.Stream;

/*

public static <T> Stream<T> concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b)

 */

public class Demo10Concat {

    public static void main(String[] args) {

        String[] arr = {"喜羊羊", "美羊羊", "暖羊羊", "灰太狼", "红太狼"};

        Stream<String> stream1 = Stream.of(arr);

        Stream<String> stream2 = Stream.of("张三丰", "张三疯", "周芷若", "赵敏", "张翠山");

        // 把以上两个流组合成为一个流

        Stream<String> concat = Stream.concat(stream1, stream2);

        // 遍历输出

        concat.forEach(name -> System.out.println(name));

    }

}

1.5 练习：集合元素处理(传统方式)

	import java.util.ArrayList;

/*

题目: 

现在有两个 ArrayList 集合存储队伍当中的多个成员姓名，要求使用传统的for循环（或增强for循环）依次进行以下若干操作步骤： 

    练习:集合元素处理（传统方式）

        现在有两个ArrayList集合存储队伍当中的多个成员姓名，要求使用传统的for循环（或增强for循环）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。

 */

public class DemoStreamTest {

    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");

        // 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。

        ArrayList<String> oneA = new ArrayList<>();

        for (String name : one) {

            if (name.length() == 3) {

                oneA.add(name);

            }

        }

        // 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。

        ArrayList<String> oneB = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < 3; i++) {

            oneB.add(oneA.get(i));

        }

        //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");

        // 3. 第二个队伍只要姓张的成员姓名；存储到一个新集合中。

        ArrayList<String> twoA = new ArrayList<>();

        for (String name : two) {

            if (name.startsWith("张")) {

                twoA.add(name);

            }

        }

        // 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。

        ArrayList<String> twoB = new ArrayList<>();

        for (int i = 2; i < twoA.size(); i++) {

            twoB.add(twoA.get(i));

        }

        // 5. 将两个队伍合并为一个队伍；存储到一个新集合中。

        ArrayList<String> all = new ArrayList<>();

        all.addAll(twoB);

        all.addAll(oneB);

        // 6. 根据姓名创建Person对象；存储到一个新集合中。

        ArrayList<Person> list = new ArrayList<>();

        for (String s : all) {

            list.add(new Person(s));

        }

        for (Person person : list) {

            System.out.println(person);

        }

    }

}

1.6 练习：集合元素处理(Stream流方式)

import java.util.ArrayList;

import java.util.stream.Stream;

/*

题目: 

现在有两个 ArrayList 集合存储队伍当中的多个成员姓名，要求使用传统的for循环（或增强for循环）依次进行以下若干操作步骤： 

    练习:集合元素处理（传统方式）

        现在有两个ArrayList集合存储队伍当中的多个成员姓名，要求使用传统的for循环（或增强for循环）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。

 */

public class DemoStreamTest2 {

    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");

        // 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。

        Stream<String> oneStream = one.stream().filter(name -> name.length() == 3).limit(3);

        //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");

        // 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。

        Stream<String> twoStream = two.stream().filter(name -> name.startsWith("张")).skip(2);

        // 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。

        Stream.concat(oneStream, twoStream).map(name -> new Person(name)).forEach(name-> System.out.println(name));

    }

}

2. 方法引用

2.1 基本介绍

双冒号::为引用运算符，而它所在的表达式被称为方法引用。如果Lambda要表达的函数方案已经存在于某个方法的实现中，那么则可以通过双冒号来引用该方法作为Lambda的替代者。

  • Printable接口
/*

    定义一个打印的函数式接口

 */

@FunctionalInterface

public interface Printable {

    // 对字符串的抽象方法

    public abstract void print(String s);

}
  • Demo01Printable.java
public class Demo01Printable {

    // 定义一个方法，参数传递Printable接口，对字符串进行打印

    public static void printString(Printable p) {

        p.print("HelloWorld");

    }

    public static void main(String[] args) {

        printString((s) -> {

            System.out.println(s);

        });

    /*

        分析：

            Lambda表达式的目的：打印参数传递的字符串

            把参数 s 传递给 System.out对象，调用 out对象中的方法println对字符串输出

            使用前提(注意):

                1.System.out对象已经存在。

                2.println方法也是存在的。

            所以我们可以直接使用方法引用来优化 Lambda表达式

            可以使用System.out方法直接引用(调用)println方法

     */

        printString(System.out::println);

    }

}

语义分析

例如上例中，System.out对象中已经有了一个重载print(String x)方法恰好就是我们需要的，那么对于printString方法的函数式接口参数，对比下面的两种写法，完全等效：

  1. Lambda写法：s -> System.out.println(s);
  2. 方法引用写法：System.out::println();
  • 第一个种语义是指：拿到参数之后经Lambda之手，继而传递给System.out.println()方法去处理。
  • 第二种等效的语义是指：直接让System.out中的println方法来取代Lambda。两种写法的执行效果完全一样，而第二种方法引用复用已有的方案，更加简洁。

注意事项：

Lambda中传递的参数一定式方法引用中的方法可以接收的类型，否则会抛出异常。

2.2 通过对象名引用【成员方法】

  • Printable接口
/*

    定义一个打印的函数式接口

 */

@FunctionalInterface

public interface Printable {

    // 对字符串的抽象方法

    public abstract void print(String s);

}
  • MethodRefObject.java
public class MethodRefObject {

    // 定义一个成员方法，参数传递字符串，将字符串大写输出

    public void printUpperCaseString(String s) {

        System.out.println(s.toUpperCase());

    }

}
  • DemoObjectMethodReference.java
public class DemoObjectMethodReference {

    // 定义一个方法，参数传递Printable接口

    public static void printString(Printable p) {

        p.print("Hello Java");

    }

    public static void main(String[] args) {

        printString((s) -> {

            MethodRefObject obj = new MethodRefObject();

            obj.printUpperCaseString(s);

        });

        /*

           使用方法引用对Lambda进行优化

           使用前提：对象和成员方法已经存在

         */

        // 创建对象

        MethodRefObject obj = new MethodRefObject();

        printString(obj::printUpperCaseString);

    }

}

2.3 通过类名称引用【静态方法】

  • Calcable接口
public interface Calcable {

    // 定义一个抽象方法，参数传递一个整数，进行取模运算

    public int methodAbs(int num);

}
  • DemoStaticMethodRef.java
public class DemoStaticMethodRef {

    // 定义一个方法，参数传递一个int型整数,一个Calcalbe接口

    public static int method(int num, Calcable c) {

        return c.methodAbs(num);

    }

    public static void main(String[] args) {

        // 调用method方法，传递一个整数，取模运算

        int num = method(-10, (n) -> {

            return Math.abs(n);

        });

        System.out.println(num);

        /*

        通过类名称引用静态成员方法的前提:

            1. 类存在

            2. 静态成员方法存在且已经实现了

         */

        int num2 = method(-100, Math::abs);

        System.out.println(num2);

    }

}

2.4 通过super引用父类的普通成员方法

  • Greetable接口
// 定义一个问候的接口

public interface Greetable {

   public abstract void greet();

}
  • Fu.java
public class Fu {

    // 定义一个sayHello方法

    public void sayHello() {

        System.out.println("我是师父");

    }

}
  • Zi.java
/*

通过super引用父类的普通成员方法

 */

public class Zi extends Fu {

    // 覆盖重写父类的 sayHello方法

    @Override

    public void sayHello() {

        System.out.println("我是徒弟");

    }

    // 定义一个方法，参数传递Greetable接口

    public void method(Greetable g) {

        g.greet();

    }

    // 展示输出的方法,参数传递一个Greetable接口

    public void show() {

        /*method(() -> {

            Fu fu = new Fu();

            fu.sayHello();

        });*/

        // method(() -> super.sayHello());

        method(super::sayHello);

    }

}
  • main方法
public class DemoMain {

    public static void main(String[] args) {

        new Zi().show();

    }

}

2.5 通过this引用本类的普通成员方法

  • Richable接口
public interface Richable {

    // 定义一个买东西的方法

    public abstract void buy();

}
  • Husband.java
public class Husband {

    // 定义买房子的方法

    public void buyHouse() {

        System.out.println("杭州一套小楼!");

    }

    // 定义结婚的方法, 参数传递Richable接口

    public void marry(Richable r) {

        r.buy();

    }

    // 高兴方法，因为要结婚

    public void soHappy() {

        //  this.marry(() -> {this.buyHouse();});

        /*

            this和调用的本类成员方法已经存在且实现

            可以使用this引用本类的成员方法

         */

        marry(this::buyHouse);

    }

    public static void main(String[] args) {

        new Husband().soHappy();

    }

}

2.6 类的构造器(构造方法)引用

  • PersonBuilder接口
@FunctionalInterface

public interface PersonBuilder {

    // 定义方法，用来根据传递的姓名，创建Person对象，并返回

    public abstract Person builderPerson(String name);

}
  • DemoPerson.java
public class DemoPerson {

    // 定义一个方法，参数传递姓名和PersonBuilder接口，打印对象姓名

    public static void printName(String name, PersonBuilder pb) {

        Person person = pb.builderPerson(name);

        System.out.println(person);

    }

    public static void main(String[] args) {

        // printName("迪丽热巴", (s) -> new Person(s));

        /*

            使用方法引用优化Lambda表达式

            构造方法：new Person(String name);已知

            创建对象：new 已知

            就可以使用Person引用new创建对象

         */

        printName("周元", Person::new); // 使用Person类的带参构造方法，创建对象

    }

}

2.7 数组的构造器引用

  • ArrayBuilder接口
/*

    数组创建接口

 */

@FunctionalInterface

public interface ArrayBuilder {

    // 根据参数传递的长度，创建int型指定长度的数组

    public abstract int[] builderArray(int length);

}
  • DemoArray.java
import java.util.Arrays;

public class DemoArray {

    /*

        定义一个方法，参数传递要创建数组的长度和ArrayBuilder接口

        方法内部传递的长度使用ArrayBuilder中的方法创建数组并返回

     */

    public static int[] creatArray(int length, ArrayBuilder ab) {

        return ab.builderArray(length);

    }

    public static void main(String[] args) {

        int[] arrA = creatArray(10, (len) -> new int[len]);

        System.out.println(Arrays.toString(arrA));

        System.out.println(arrA.length);

        /*

            创建的是 int[] 类型的数组

            数组的长度已知

            使用 int[]引用new，根据传递的长度创建数组

         */

        int[] arrB = creatArray(10, int[]::new);

        System.out.println(arrB.length);

    }

}

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