Java 8 特性 —— Stream

Stream 是用函数式编程方式在集合类上进行复杂操作的工具，其集成了Java 8 中的众多新特性之一的聚合操作，开发者可以更容易地使用Lambda表达式，并且更方便地实现对集合的查找、遍历、过滤以及常见计算等。

Stream 定义

什么是 Stream？

Stream（流）是一个来自数据源的元素队列并支持聚合操作。
Streams的思想很简单，就是遍历。

如何使用 Stream?

对 Stream 的使用可以分为3步：

创建 Stream：通过 stream() 方法，取得集合对象的数据集。
Intermediate（可以多次）：通过一系列中间（Intermediate）方法，对数据集进行过滤、检索等数据集的再次处理。
Terminal（只有一次）：通过最终（terminal）方法完成对数据集中元素的最终处理。

在一次聚合操作中，可以有多个Intermediate，但是有且只有一个Terminal。
也就是说，在对一个 Stream 可以进行多次转换操作，并不是每次都对 Stream 的每个元素执行转换。
并不像 for 循环中，循环 N 次，其时间复杂度就是 N。转换操作是 lazy (惰性求值)的，只有在 Terminal 操作执行时，才会一次性执行。
可以这么认为，Stream 里有个操作函数的集合，每次转换操作就是把转换函数放入这个集合中，在 Terminal 操作的时候循环 Stream 对应的集合，然后对每个元素执行所有的函数。

Stream的操作分类

刚才提到的Stream的操作有Intermediate、Terminal和Short-circuiting：

Intermediate：map (mapToInt, flatMap 等)、 filter、 distinct、 sorted、 peek、 skip、 parallel、 sequential、 unordered
Terminal：forEach、 forEachOrdered、 toArray、 reduce、 collect、 min、 max、 count、 iterator
Short-circuiting：anyMatch、 allMatch、 noneMatch、 findFirst、 findAny、 limit

Short-circuiting 是短路操作，其和中间操作与终结操作都有包含，limit 属于短路和中间操作；anyMatch 等属于短路和终结操作。
由无限的流，转到有限的流，不管是中间操作还是终结操作都叫做短路。如果想终结无限流操作，用短路是必须的，但并不足够（例如 limit），可能还需要其他的流操作（例如 forEach）。

惰性求值和及早求值方法

像 filter 这样只描述 Stream，最终不产生新集合的方法叫作惰性求值方法；而像 count 这样最终会从Stream产生值的方法叫作及早求值方法。看其返回值就可判断一个操作是惰性求值还是及早求值：如果返回值是 Stream，那么就是惰性求值；如果返回值不是 Stream 或者是 void，那么就是及早求值。同样在一个 Stream 操作中，可以有多次惰性求值，但有且仅有一次及早求值。

创建 Stream

有多种方式生成Stream：

Stream 接口的静态工厂方法（注意：Java8 里接口可以带静态方法）；

Collection 接口和数组的默认方法（默认方法,也使 Java 的新特性之一，后续介绍），把一个 Collection 对象转换成 Stream；

其他
Random.ints()
BitSet.stream()
Pattern.splitAsStream(java.lang.CharSequence)
JarFile.stream()

Stream 接口的静态工厂方法

of 方法

其生成的 Stream 是有限长度的，Stream 的长度为其内的元素个数。

of(T... values)：返回含有多个 T 元素的 Stream
of(T t)：返回含有一个 T 元素的 Stream

示例：

// 1. 对象
Stream stream = Stream.of("a", "b", "c");
// 2. 数组
String[] strArray = new String[] {"a", "b", "c"};
stream = Stream.of(strArray);
stream = Arrays.stream(strArray);
// 3. 集合
List<String> list = Arrays.asList(strArray);
stream = list.stream();

生成 DoubleSteam、IntSteram 或 LongStream 对象（这是目前支持的三个数值类型 Stream 对象）

IntStream.of(new int[]{1, 2, 3}); // 根据数组生成
IntStream.range(1, 3); // 按照范围生成，不包括3
IntStream.rangeClosed(1, 3); // 按照范围生成，包括3

generate 方法

返回一个无限长度的 Stream，其元素由 Supplier 接口的提供。在 Supplier 是一个函数接口，只封装了一个 get() 方法，其用来返回任何泛型的值，该结果在不同的时间内，返回的可能相同也可能不相同，没有特殊的要求。

generate(Supplier<T> s)：返回一个无限长度的Stream

这种情形通常用于随机数、常量的 Stream，或者需要前后元素间维持着某种状态信息的 Stream。
把 Supplier 实例传递给 Stream.generate() 生成的 Stream，默认是串行（相对 parallel 而言）但无序的（相对 ordered 而言）。

Stream.generate(new Supplier<Double>() {
    @Override
    public Double get() {
        return java.lang.Math.random();
    }
}).limit(10).forEach(System.out::println);

Stream.generate(()-> java.lang.Math.random()).limit(10).forEach(System.out::println);
Stream.generate(java.lang.Math::random).limit(10).forEach(System.out::println);

以上三种形式达到的效果是一样的，只不过是下面的两个采用了 Lambda 表达式，简化了代码，其实际效果就是返回一个随机值。一般无限长度的 Stream 会与 filter、limit 等配合使用，否则 Stream 会无限制的执行下去。

iterate 方法

其返回的也是一个无限长度的 Stream，与 generate 方法不同的是，其是通过函数f迭代对给指定的元素种子而产生无限连续有序 Stream，其中包含的元素可以认为是：seed，f(seed),f(f(seed))无限循环。

- iterate(T seed, UnaryOperator<T> f)

示例

Stream.iterate(1, item -> item + 1)
        .limit(10)
        .forEach(System.out::println);
        // 打印结果：1，2，3，4，5，6，7，8，9，10

上面示例，种子为 1，也可认为该 Stream 的第一个元素，通过 f 函数来产生第二个元素。接着，第二个元素，作为产生第三个元素的种子，从而产生了第三个元素，以此类推下去。需要主要的是，该 Stream 也是无限长度的，应该使用 filter、limit 等来截取 Stream，否则会一直循环下去。

empty 方法

返回一个空的顺序 Stream，该 Stream 里面不包含元素项。

Collection 接口和数组的默认方法

在 Collection 接口中，定义了一个默认方法 stream()，用来生成一个 Stream。

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    ***
    default Stream<E> stream() {
        return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
    }
    ***
}

在 Arrays 类，封装了一些列的 Stream 方法，不仅针对于任何类型的元素采用了泛型，更对于基本类型作了相应的封装，以便提升 Stream 的处理效率。

public class Arrays {
    ***
    public static <T> Stream<T> stream(T[] array) {
        return stream(array, 0, array.length);
    }

   public static LongStream stream(long[] array) {
        return stream(array, 0, array.length);
    }
    ***
｝

示例

int ids[] = new int[]{1, 2, 3, 4};
Arrays.stream(ids).forEach(System.out::println);

Intermediate

Intermediate 主要是用来对 Stream 做出相应转换及限制流，实际上是将源Stream转换为一个新的 Stream，以达到需求效果。

concat

concat 方法将两个 Stream 连接在一起，合成一个 Stream。若两个输入的 Stream 都时排序的，则新 Stream 也是排序的；若输入的 Stream 中任何一个是并行的，则新的 Stream 也是并行的；若关闭新的 Stream 时，原两个输入的 Stream 都将执行关闭处理。

Stream.concat(Stream.of(1, 2, 3), Stream.of("a", "b", "c"))
        .forEach(integer -> System.out.print(integer + " "));
// 打印结果：1 2 3 a b c

distinct

distinct方法以达到去除掉原Stream中重复的元素，生成的新Stream中没有没有重复的元素。

Stream.of(1,2,3,1,2,3)
        .distinct()
        .forEach(System.out::println); // 打印结果：1，2，3

filter

filter 方法对原 Stream 按照指定条件过滤，在新建的 Stream 中，只包含满足条件的元素，将不满足条件的元素过滤掉。

Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .filter(item -> item > 3)
        .forEach(System.out::println);// 打印结果：4，5

filter 传入的 Lambda 表达式必须是 Predicate 实例，参数可以为任意类型，而其返回值必须是 boolean 类型。

map

map 方法将对于 Stream 中包含的元素使用给定的转换函数进行转换操作，新生成的 Stream 只包含转换生成的元素。为了提高处理效率，官方已封装好了，三种变形：mapToDouble，mapToInt，mapToLong。其实很好理解，如果想将原 Stream 中的数据类型，转换为double,int 或者是 long 是可以调用相对应的方法。

Stream.of("a", "b", "hello")
        .map(item-> item.toUpperCase())
        .forEach(System.out::println);
        // 打印结果
        // A, B, HELLO

传给 map 中 Lambda 表达式，接受了 String 类型的参数，返回值也是 String 类型，在转换行数中，将字母全部改为大写。

map 传入的 Lambda 表达式必须是 Function 实例，参数可以为任意类型，而其返回值也是任性类型，javac 会根据实际情景自行推断。

peek

peek 方法生成一个包含原 Stream 的所有元素的新 Stream，同时会提供一个消费函数（Consumer实例），新 Stream 每个元素被消费的时候都会执行给定的消费函数，并且消费函数优先执行。

Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .peek(integer -> System.out.println("accept:" + integer))
        .forEach(System.out::println);
// 打印结果
// accept:1
//  1
//  accept:2
//  2
//  accept:3
//  3
//  accept:4
//  4
//  accept:5
//

skip

skip 方法将过滤掉原 Stream 中的前N个元素，返回剩下的元素所组成的新 Stream。如果原 Stream 的元素个数大于 N，将返回原 Stream 的后（原Stream长度-N）个元素所组成的新 Stream；如果原 Stream 的元素个数小于或等 于N，将返回一个空 Stream。

Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .skip(2)
        .forEach(s -> System.out.print(s + " "));
// 打印结果：3 4 5

sorted

sorted 方法将对原 Stream 进行排序，返回一个有序列的新 Stream。sorterd 有两种变体sorted()，sorted(Comparator)，前者将默认使用 Object.equals(Object)进行排序，而后者接受一个自定义排序规则函数(Comparator)，可按照意愿排序。

Stream.of(1, 5, 4, 2, 3)
        .sorted()
        .forEach(System.out::print);
// 打印结果：12345
System.out.println();
Stream.of(1, 5, 4, 2, 3)
        .sorted((o1, o2) -> o2 - o1)
        .forEach(System.out::print);
// 打印结果：543212345

Terminal

count

count 方法将返回Stream中元素的个数。

long count = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .count();
System.out.println("count:" + count);// 打印结果：count:5

forEach

forEach方法前面已经用了好多次，其用于遍历Stream中的所元素，避免了使用for循环，让代码更简洁，逻辑更清晰。

Stream.of(5, 4, 3, 2, 1)
    .sorted()
    .forEach(System.out::println);
    // 打印结果：12345

forEachOrdered

forEachOrdered 方法与 forEach 类似，都是遍历 Stream 中的所有元素，不同的是，如果该 Stream 预先设定了顺序，会按照预先设定的顺序执行（Stream是无序的），默认为元素插入的顺序。

Stream.of(5,2,1,4,3)
        .forEachOrdered(integer -> {
            System.out.println("integer:"+integer);
        });
// 打印结果
// integer:5
// integer:2
// integer:1
// integer:4
// integer:3

max、min

max\min方法根据指定的Comparator，返回一个Optional，该Optional中的value值就是Stream中最大\最小的元素。

原 Stream 根据比较器 Comparator，进行排序(升序或者是降序)。max 就是取重新排序后的最后一个值，而min取排序后的第一个值。

Optional<Integer> max = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .max((o1, o2) -> o2 - o1);
System.out.println("max:" + max.get());// 打印结果：max:1

Optional<Integer> min = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .min((o1, o2) -> o2 - o1);
System.out.println("min:" + min.get());// 打印结果：min:5

对于原 Stream 指定了Comparator（降序），max就是新序列最后一个即实际上的最小值，min就是新序列第一个即实际上的最大值，不管是最大值还是最小值起决定作用的是 Comparator，它决定了元素比较大小的原则。

collect

参考：https://blog.csdn.net/IO_Field/article/details/54971608

reduce

参考：https://blog.csdn.net/IO_Field/article/details/54971679

Short-circuiting

allMatch

allMatch 操作用于判断 Stream 中的元素是否全部满足指定条件。如果全部满足条件返回 true，否则返回 false。

boolean allMatch = Stream.of(1, 2, 3, 4)
    .allMatch(integer -> integer > 0);
System.out.println("allMatch: " + allMatch); // 打印结果：allMatch: true 

anyMatch

anyMatch 操作用于判断 Stream 中的是否有满足指定条件的元素。如果最少有一个满足条件返回 true，否则返回 false。

boolean anyMatch = Stream.of(1, 2, 3, 4)
    .anyMatch(integer -> integer > 3);
System.out.println("anyMatch: " + anyMatch); // 打印结果：anyMatch: true 

noneMatch

noneMatch 方法将判断 Stream 中的所有元素是否满足指定的条件，如果所有元素都不满足条件，返回 true；否则，返回 false.

boolean noneMatch = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
    .noneMatch(integer -> integer > 10);
System.out.println("noneMatch:" + noneMatch); // 打印结果 noneMatch:true

boolean noneMatch_ = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5)
        .noneMatch(integer -> integer < 3);
System.out.println("noneMatch_:" + noneMatch_); // 打印结果 noneMatch_:false

findAny

findAny 操作用于获取含有 Stream 中的某个元素的 Optional，如果 Stream 为空，则返回一个空的 Optional。由于此操作的行动是不确定的，其会自由的选择 Stream 中的任何元素。在并行操作中，在同一个 Stram 中多次调用，可能会不同的结果。在串行调用测试时，每次都是获取的第一个元素。

Optional<Integer> any = Stream.of(1, 2, 3, 4).findAny();
System.out.println(any.get());

findFirst

findFirst 操作用于获取含有 Stream 中的第一个元素的 Optional，如果 Stream 为空，则返回一个空的 Optional。若 Stream 并未排序，可能返回含有 Stream 中任意元素的 Optional。

Optional<Integer> any = Stream.of(1, 2, 3, 4).findFirst();

limit

limit 方法将截取原 Stream，截取后 Stream 的最大长度不能超过指定值 N。如果原 Stream 的元素个数大于 N，将截取原 Stream 的前 N 个元素；如果原 Stream 的元素个数小于或等于 N，将截取原 Stream 中的所有元素。

参考：https://www.cnblogs.com/Fndroid/p/6087380.html

http://www.runoob.com/java/java8-streams.html

https://blog.csdn.net/io_field/article/details/54971761