Java8 特性——增强集合处理 Stream 操作
Stream 作为 Java8 中的一大亮点，专注于对集合（Collection）进行各种非常便利、高效的聚合操作（aggregate operation），或者大批量数据操作 (bulk data operation)。Stream API 借助于同样新出现的 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，使用 fork/join 并行方式来拆分任务和加速处理过程。通常编写并行代码很难而且容易出错, 但使用 Stream API 无需编写一行多线程的代码，就可以很方便地写出高性能的并发程序。
1. Stream 基本介绍
Stream 代表数据流，流中的元素可能是有限个也可能是无限个。
Stream和其它集合类的区别在于：其它集合类主要关注与有限数量的数据的访问和有效管理(增删改)，而Stream并没有提供访问和管理元素的方式，而是通过声明数据源的方式，利用可计算的操作在数据源上执行，当然BaseStream.iterator() 和 BaseStream.spliterator()操作提供了遍历元素的方法。
Stream 的类型有：IntStream、LongStream 和 DoubleStream。
2. Stream 的创建
常见的 Stream 创建方式有：
- 通过 Stream 接口提供的静态工厂方法，Stream.of()、Stream.generate() 等;
- 通过 Collection 接口的默认方法，stream()、parallelStream() 等;
当然还有其它方法，比如 Arrays.stream()、StreamSupport.stream() 。
2.1 通过 Stream 接口静态方法
Stream.of()
@SafeVarargs
@SuppressWarnings("varargs") // Creating a stream from an array is safe
public static<T> Stream<T> of(T... values) {
return Arrays.stream(values);
}
内部通过 Arrays.stream() 进行创建。
示例：
Stream<String> streamStr = Stream.of("a","b","c");
Stream<Integer> stream = Stream.of(1,2,3,4,5);
Stream.generate()
public static<T> Stream<T> generate(Supplier<T> s) {
Objects.requireNonNull(s);
return StreamSupport.stream(
new StreamSpliterators.InfiniteSupplyingSpliterator.OfRef<>(Long.MAX_VALUE, s), false);
}
内部通过 StreamSupport 进行生成。
示例：
Stream.generate(()->{
return Math.random();
});
Stream.generate(new Supplier<Integer>() {
@Override
public Integer get() {
return Math.round(5);
}
});
2.2 通过 Collection 的默认方法
在 JDK1.8 中针对 Collection 接口进行了改动，其中包括转换 stream 的 default 方法。
/**
* Returns a sequential {@code Stream} with this collection as its source.
*
* This method should be overridden when the {@link #spliterator()}
* method cannot return a spliterator that is {@code IMMUTABLE},
* {@code CONCURRENT}, or late-binding. (See {@link #spliterator()}
* for details.)
*
* @implSpec
* The default implementation creates a sequential {@code Stream} from the
* collection's {@code Spliterator}.
*
* @return a sequential {@code Stream} over the elements in this collection
* @since 1.8
*/
default Stream<E> stream() {
return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
}
/**
* Returns a possibly parallel {@code Stream} with this collection as its
* source. It is allowable for this method to return a sequential stream.
*
* This method should be overridden when the {@link #spliterator()}
* method cannot return a spliterator that is {@code IMMUTABLE},
* {@code CONCURRENT}, or late-binding. (See {@link #spliterator()}
* for details.)
*
* @implSpec
* The default implementation creates a parallel {@code Stream} from the
* collection's {@code Spliterator}.
*
* @return a possibly parallel {@code Stream} over the elements in this
* collection
* @since 1.8
*/
default Stream<E> parallelStream() {
return StreamSupport.stream(spliterator(), true);
}
示例：
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.stream();
list.parallelStream();
}
在实际的开发中，一般我们通过 Collection 的 default 方法来获取集合对应的 Stream，针对该 Stream 进行处理。
3. Stream 的转换
Stream 的转换主要是针对 Stream 提供的方法来进行针对 Stream 的处理，比如过滤、判断、计数等。
3.1 forEach(Consumer action)
遍历元素，Consumer 接口是输入一个参数，无返回结果。
示例：
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.stream().forEach((x)->{
System.out.println(x);
});
}
//结果
1
2
3
4
这里的例子中都直接使用 lambda 表达式进行书写。
3.2 distinct()
去重，跟 SQL 中的关键字作用相同，经过 distinct 处理的 Stream 里面不包含重复元素。
示例：
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(1);
list.add(3);
list.stream().distinct().forEach(x ->{
System.out.println(x);
});
}
//结果
1
2
3
4
3.3 filter(Predicate predicate)
针对 Stream 中的元素根据指定的 predicate 函数进行过滤，新生成的 Stream 只包含过来后的元素。Predicate 接口是输入一个参数，返回一个布尔类型。
示例：
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(1);
list.add(3);
list.stream().filter(x->{
if (x > 2) {
return true;
}
return false;
}).forEach(x->{
System.out.println(x);
});;
}
//结果
3
4
3
3.4 map(Function mapper)
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。这个方法有三个对于原始类型的变种方法，分别是：mapToInt，mapToLong 和 mapToDouble。这三个方法也比较好理解，比如 mapToInt 就是把原始 Stream 转换成一个新的 Stream，这个新生成的 Stream 中的元素都是 int 类型。之所以会有这样三个变种方法，可以免除自动装箱/拆箱的额外消耗。
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(1);
list.add(3);
list.stream().map((x)->{
if (x > 2) {
return x * 2;
}else {
return x * 3;
}
}).forEach(x->{
System.out.println(x);
});;
}
//结果
3
6
6
8
3
6
3.5 flatMap(Function> mapper)
将给定的元素转换成 Stream 流进行输出。
示例：
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(1);
list.add(3);
list.stream().flatMap(x ->{
return Stream.of(x * 2);
}).forEach(x->{
System.out.println(x);
});;
}
3.6 sorted()
进行排序。
示例：
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(1);
list.add(3);
list.stream().sorted().forEach(x->{
System.out.println(x);
});;
}
3.7 peek(Consumer action)
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。
示例：
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.stream().peek(x->{
x = x + 10;
System.out.println(x+"--");
}).forEach(x->{
System.out.println(x);
});
}
//结果
11--
1
12--
2
13--
3
3.8 limit(long maxSize)
对一个 Stream 进行截断操作，获取其前N个元素，如果原 Stream 中包含的元素个数小于 N，那就获取其所有的元素。
示例：
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.stream().limit(2).forEach(x->{
System.out.println(x);
});
}
//结果
1
2
3.9 skip(long n)
返回一个丢弃原 Stream 的前N个元素后剩下元素组成的新 Stream，如果原 Stream 中包含的元素个数小于 N，那么返回空 Stream。
示例：
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.stream().skip(1).forEach(x->{
System.out.println(x);
});
}
// 结果
2
3
3.10 reduce 操作
在 Stream 中提供了 reduce 操作，reduce 操作实现从 Stream 中元素组合起来，依照特定的某种规则进行计算。比如常见的：sum、min、max、average 计算操作。reduce 操作提供三个重载函数：
- T reduce(T identity, BinaryOperator accumulator);
- Optional reduce(BinaryOperator accumulator);
- U reduce(U identity, BiFunction
在这里引入了 BinaryOperator 接口，这个接口继承 BiFunction 接口。
@FunctionalInterface
public interface BiFunction<T, U, R> {
R apply(T t, U u);
default <V> BiFunction<T, U, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t, U u) -> after.apply(apply(t, u));
}
}
包含一个两个参数的 apply 方法。
sum 操作
public static void main(String[] args) {
Stream<Integer> list = Stream.of(1,2,3,4,5,6);
Optional<Integer> result = list.reduce((x, y) -> x + y);
System.out.println(result.get());
}
max 操作
public static void main(String[] args) {
BinaryOperator<Integer> binaryOperator = (Integer x, Integer y) -> {
if (x < y) {
return y;
} else {
return x;
}
};
Stream<Integer> stream = Stream.of(1,2,3,4,5,6);
System.out.println("max:" + stream.reduce(binaryOperator).get());
Optional<Integer> optional = stream.reduce((Integer x, Integer y) -> {
if (x < y) {
return y;
} else {
return x;
}
});
System.out.println("max:" + optional.get());
}
在上面的示例中，我们可以通过定义 BinaryOperation 来实现操作逻辑，也可以使用系统封装好的函数：Integer::max 进行处理。
min 操作
public static void main(String[] args) {
BinaryOperator<Integer> binaryOperator = (Integer x, Integer y) -> {
if (x < y) {
return x;
} else {
return y;
}
};
Stream<Integer> stream = Stream.of(1,2,3,4,5,6);
System.out.println("min:" + stream.reduce(binaryOperator).get());
Optional<Integer> optional = Stream.of(1,2,3,4,5,6).reduce((Integer x, Integer y) -> {
if (x < y) {
return x;
} else {
return y;
}
});
System.out.println("min:" + optional.get());
}
总结
本节中介绍 Java8 中针对集合的增强操作，熟练的使用这些方法可以提升代码的简洁性。