说到Stream便容易想到I/O Stream,而实际上,谁规定“流”就一定是“IO流”呢?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。
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:
package Demo02;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo01ForEach {
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 s : list){
System.out.println(s);
}
}
}
运行结果如下:
这是一段非常简单的集合遍历操作:对集合中的每一个字符串都进行打印输出操作。
循环遍历的弊端:
Java 8的Lambda表达式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:
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:
那怎么办?在Java 8之前的做法可能为:
package Demo02;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo02NormalFilter {
public static void main(String[] args){
List<String> listA = new ArrayList<>();
listA.add("张无忌");
listA.add("周芷若");
listA.add("赵敏");
listA.add("张强");
listA.add("张三丰");
List<String> listB = new ArrayList<>();
for(String s : listA){
if(s.startsWith("张")){
listB.add(s);
}
}
List<String> listC = new ArrayList<>();
for(String s : listB){
if(s.length() == 3){
listC.add(s);
}
}
for(String s : listC){
System.out.println(s);
}
}
}
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。
那么Lambda的衍生物Stream能给我们带来怎样更加优雅的写法呢?
Stream的更优写法:
下面来看一下借助Java 8的Stream API,什么才叫优雅:
package Demo02;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo03StreamFilter {
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。
注意:请暂时忘记对传统IO流的固有印象!
Stream API可以极大提高Java程序员的生产力,让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。
这种风格将要处理的元素集合看作一种流, 流在管道中传输, 并且可以在管道的节点上进行处理, 比如筛选, 排序,聚合等。
元素流在管道中经过中间操作(intermediate operation)的处理,最后由最终操作(terminal operation)得到前面处理的结果。
整体来看,流式思想类似于工厂车间的“生产流水线”。
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。
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并支持聚合操作
和以前的Collection操作不同, Stream操作还有两个基础的特征:
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。
java.util.stream.Stream 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:
首先, 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.
package Demo02;
import java.util.*;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo04Collection {
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();
}
}
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:
package Demo02;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo05Map {
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>> entrys = map.entrySet().stream();
}
}
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:
package Demo02;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo06GetStream {
public static void main(String[] args){
String[] array = {"私","忆","一","秒","钟"};
Stream<String> stream = Stream.of(array);
}
}
备注: of 方法的参数其实是一个可变参数,所以支持数组
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:
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:
package Demo02;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo07Consumer {
public static void main(String[] args){
Stream<String> stream = Stream.of("私","忆","一","秒","钟");
stream.forEach(s->System.out.println(s));
}
}
可以通过 filter 方法将一个流转换成另一个子集流。
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:
java.util.stream.Predicate 函数式接口,其中唯一的抽象方法为:
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:
package Demo02;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo08StreamFilter {
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。
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:
java.util.stream.Function 函数式接口,其中唯一的抽象方法为:
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:
ackage Demo02;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo09StreamMap {
public static void main(String[] args){
Stream<String> original = Stream.of("1","2","3");
Stream<Integer> result = original.map(s->Integer.parseInt(s));
}
}
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)。
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:
package Demo02;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo10StreamCount {
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());
}
}
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:
package Demo02;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo11StreamLimit {
public static void main(String[] args){
Stream<String> stream = Stream.of("私","忆","一","秒","钟");
Stream<String> stream2 = stream.limit(2);
System.out.println(stream2.count());
}
}
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:
package Demo02;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo12StreamSkip {
public static void main(String[] args){
Stream<String> stream = Stream.of("私","忆","一","秒","钟");
Stream<String> stream2 = stream.skip(2);
System.out.println(stream2.count());
}
}
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)
备注:这是一个静态方法,与 java.lang.String 当中的 concat 方法是不同的
该方法的基本使用代码如:
package Demo02;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo13StreamConcat {
public static void main(String[] args){
Stream<String> stream = Stream.of("私","忆");
Stream<String> stream2 = Stream.of("一","秒","钟");
Stream<String> stream3 = Stream.concat(stream,stream2);
System.out.println(stream3.count());
}
}
在使用Lambda表达式的时候,我们实际上传递进去的代码就是一种解决方案:拿什么参数做什么操作。那么考虑一种情况:如果我们在Lambda中所指定的操作方案,已经有地方存在相同方案,那是否还有必要再写重复逻辑?
来看一个简单的函数式接口以应用Lambda表达式:
@FunctionalInterface
public interface Printable {
void print(String str);
}
在 Printable 接口当中唯一的抽象方法 print 接收一个字符串参数,目的就是为了打印显示它。那么通过Lambda来使用它的代码很简单:
package Demo02;
public class Demo14Simple {
private static void printString(Printable p){
p.print("hello,world");
}
public static void main(String[] args){
printString(s->System.out.println(s));
}
}
运行结果如下:
其中 printString 方法只管调用 Printable 接口的 print 方法,而并不管 print 方法的具体实现逻辑会将字符串打印到什么地方去。而 main 方法通过Lambda表达式指定了函数式接口 Printable 的具体操作方案为:拿到String(类型可推导,所以可省略)数据后,在控制台中输出它。
这段代码的问题在于,对字符串进行控制台打印输出的操作方案,明明已经有了现成的实现,那就是 System.out对象中的 println(String) 方法。既然Lambda希望做的事情就是调用 println(String) 方法,那何必自己手动调用呢?
能否省去Lambda的语法格式(尽管它已经相当简洁)呢?只要“引用”过去就好了:
package Demo02;
public class Demo15PrintRef {
private static void printString(Printable p){
p.print("hello.world");
}
public static void main(String[] args){
printString(System.out::println);
}
}
请注意其中的双冒号 :: 写法,这被称为“方法引用”,而双冒号是一种新的语法。
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。
例如上例中, System.out 对象中有一个重载的 println(String) 方法恰好就是我们所需要的。那么对于printString 方法的函数式接口参数,对比下面两种写法,完全等效:
第一种语义是指:拿到参数之后经Lambda之手,继而传递给 System.out.println 方法去处理。
第二种等效写法的语义是指: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,而第二种方法引用的写法复用了已有方案,更加简洁。
注:Lambda 中 传递的参数 一定是方法引用中 的那个方法可以接收的类型,否则会抛出异常
如果使用Lambda,那么根据“可推导就是可省略”的原则,无需指定参数类型,也无需指定的重载形式——它们都将被自动推导。而如果使用方法引用,也是同样可以根据上下文进行推导。
函数式接口是Lambda的基础,而方法引用是Lambda的孪生兄弟。
下面这段代码将会调用 println 方法的不同重载形式,将函数式接口改为int类型的参数:
package Demo02;
@FunctionalInterface
public interface PrinttableInteger {
void print(int str);
}
由于上下文变了之后可以自动推导出唯一对应的匹配重载,所以方法引用没有任何变化:
package Demo02;
public class Demo16PrintOverload {
private static void printString(PrintableInteger p){
p.print(1024);
}
public static void main(String[] args){
printString(System.out::println);
}
}
运行结果如下:
这次方法引用将会自动匹配到 println(int) 的重载形式。
这是最常见的一种用法,与上例相同。如果一个类中已经存在了一个成员方法:
package Demo02;
public class MethodRefObject {
public void printUpperCase(String str){
System.out.println(str.toUpperCase());
}
}
函数式接口仍然定义为:
package Demo02;
@FunctionalInterface
public interface Printable {
void print(String str);
}
那么当需要使用这个 printUpperCase 成员方法来替代 Printable 接口的Lambda的时候,已经具有了MethodRefObject 类的对象实例,则可以通过对象名引用成员方法,代码为:
package Demo02;
public class Demo17MethodRef {
private static void printString(Printable p){
p.print("hello");
}
public static void main(String[] args){
MethodRefObject mro = new MethodRefObject();
printString(mro::printUpperCase);
}
}
由于在 java.lang.Math 类中已经存在了静态方法 abs ,所以当我们需要通过Lambda来调用该方法时,有两种写法。首先是函数式接口:
package Demo02;
@FunctionalInterface
public interface Calcable {
int calc(int num);
}
第一种写法是使用Lambda表达式:
package Demo02;
public class Demo18Lambda {
public static void method(int num,Calcable c){
System.out.println(c.calc(num));
}
public static void main(String[] args){
method(-10,num->Math.abs(num));
}
}
package Demo02;
public class Demo19MethodRef {
private static void method(int num,Calcable c){
System.out.println(c.calc(num));
}
public static void main(String[] args){
method(-12,Math::abs);
}
}
如果存在继承关系,当Lambda中需要出现super调用时,也可以使用方法引用进行替代。首先是函数式接口:
package Demo02;
@FunctionalInterface
public interface Greetable {
void greet();
}
然后是父类 Human 的内容:
package Demo02;
public class Human {
public void sayHello(){
System.out.println("Hello!");
}
}
最后是子类 Man 的内容,其中使用了Lambda的写法:
package Demo02;
public class Man extends Human{
@Override
public void sayHello(){
System.out.println("大家好!我是Man!");
}
public void method(Greetable g){
g.greet();
}
public void show(){
//调用method方法,使用Lambda表达式
method(()->{
//创建Human对象,调用sayHello方法
new Human().sayHello();});
//简化Lambda
method(()->new Human().sayHello());
//使用super关键字代替父类对象
method(()->super.sayHello());
}
}
但是如果使用方法引用来调用父类中的 sayHello 方法会更好,例如另一个子类 Woman :
package Demo02;
public class Man extends Human{
@Override
public void sayHello(){
System.out.println("大家好!我是Man!");
}
public void method(Greetable g){
g.greet();
}
public void show(){
method(super::sayHello);
}
}
在这个例子中,下面两种写法是等效的:
this代表当前对象,如果需要引用的方法就是当前类中的成员方法,那么可以使用“this::成员方法”的格式来使用方法引用。首先是简单的函数式接口:
package Demo02;
@FunctionalInterface
public interface Richable {
void buy();
}
下面是一个丈夫 Husband 类:
package Demo02;
public class Husband {
public void marry(Richable r){
r.buy();
}
public void beHappy(){
marry(()->System.out.println("买套房子!"));
}
}
开心方法 beHappy 调用了结婚方法 marry ,后者的参数为函数式接口 Richable ,所以需要一个Lambda表达式。但是如果这个Lambda表达式的内容已经在本类当中存在了,则可以对 Husband 丈夫类进行修改:
package Demo02;
public class Husband {
private void buyHouse(){
System.out.println("买套房子!");
}
public void marry(Richable r){
r.buy();
}
public void beHappy(){
marry(()->this.buyHouse());
}
}
如果希望取消掉Lambda表达式,用方法引用进行替换,则更好的写法为:
package Demo02;
public class Husband {
private void buyHouse(){
System.out.println("买套房子!");
}
public void marry(Richable r){
r.buy();
}
public void beHappy(){
marry(this::buyHouse);
}
}
在这个例子中,下面两种写法是等效的:
由于构造器的名称与类名完全一样,并不固定。所以构造器引用使用 类名称::new 的格式表示。首先是一个简单的 Person 类:
package Demo02;
public class Person {
private String name;
public Person(String name){
this.name = name;
}
public String getName(){
return name;
}
public void setName(String name){
this.name = name;
}
}
然后是用来创建 Person 对象的函数式接口:
package Demo02;
@FunctionalInterface
public interface PersonBuilder {
Person builderPerson(String name);
}
要使用这个函数式接口,可以通过Lambda表达式:
package Demo02;
public class Demo20Lambda {
public static void printName(String name,PersonBuilder pb){
System.out.println(pb.builderPerson(name).getName());
}
public static void main(String[] args){
printName("私忆一秒钟",name-> new Person(name));
}
}
package Demo02;
public class Demo20Lambda {
public static void printName(String name,PersonBuilder pb){
System.out.println(pb.builderPerson(name).getName());
}
public static void main(String[] args){
printName("私忆一秒钟",Person::new);
}
}
数组也是 Object 的子类对象,所以同样具有构造器,只是语法稍有不同。如果对应到Lambda的使用场景中时,需要一个函数式接口:
package Demo02;
@FunctionalInterface
public interface ArrayBuilder {
int[] builderArray(int length);
}
在应用该接口的时候,可以通过Lambda表达式:
package Demo02;
public class Demo21ArrayInitRef {
public static int[] initArray(int length,ArrayBuilder ab){
return ab.builderArray(length);
}
public static void main(String[] args){
int[] arr = initArray(10,len->new int[len]);
}
}
但是更好的写法是使用数组的构造器引用:
package Demo02;
public class Demo21ArrayInitRef {
public static int[] initArray(int length,ArrayBuilder ab){
return ab.builderArray(length);
}
public static void main(String[] args){
int[] arr = initArray(10,int[] :: new );
}
}
在这个例子中,下面两种写法是等效的: