第二章 Stream API

Stream 是Java8处理集合的关键抽象概念，它可以指定你希望对集合进行的操作，但是将执行操作的时间交给具体实现来决定。例如，如果你希望计算某个方法的平均值，你可以在每个元素上指定调用的方法，从而获得所有值的平均值。你可以使用 Stream API来并行执行操作，使用多线程来计算每一段的总和与数量，再将结果汇总起来

一、从迭代器到Stream操作

1.Stream与集合的区别

(1). Stream 自己不会存储元素，元素可能被存储在底层的集合中，或者根据需要产生

出来

(2). Stream 操作符不会改变源对象，相反，他们会返回一个持有结果的新 Stream

(3). Stream 操作符可能是延迟操作的，即会等到需要结果的时候才执行

2.Stream遵循"做什么，而不是怎么去做"的原则

3.通过三个阶段来建立一个操作流水线

(1).创建一个Stream

(2).在一个或多个步骤中，指定将初始Stream转换为另一个Stream的中间操作

(3).使用一个终止操作来产生一个结果，该操作会强制它之前的延迟操作立即执行

4.并行执行

Stream 的并行执行只需要将 stream() 方法改成 parallelStream() 方法，或者调用 stream 的 parallel() 方法

5.以下是统计书中所有长单词的例子

在Java8之前，处理集合通常会迭代所有元素并对其中的每个进行处理

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String contents =new String(Files.readAllBytes(Paths.get("alice.txt"))

,StandardCharsets.UTF_8);

List words=Array.asList(contents.split("[\\P{L}]+"));

int count = 0;

for(String w:words){

if(w.length()>12){

count++;

}

}

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而在Java8中可以通过 Stream 实现相同功能的操作

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String contents =new String(Files.readAllBytes(Paths.get("alice.txt"))

,StandardCharsets.UTF_8);

List words=Array.asList(contents.split("[\\P{L}]+"));

long count=words. stream() . filter ( w->w.length() >12). count() ;

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stream() 方法会为单词列表生成一个 Stream ， filter() 方法会返回另一个只包含单词长度大于12的 Stream ， count() 方法会将 Stream 化简为一个结果

Stream 操作不会按照元素的调用顺序执行，在本例中，只有在 count() 被调用的时候才会执行 Stream 操作。当 count() 方法需要第一个元素时， filter() 方法会开始请求各个元素，知道找到一个长度大于12的元素

二、创建Stream

1.通过Java8在Collection接口中添加的 stream() 方法，可以将任何集合转化为一个 Stream

2.如果是一个数组，可以通过静态的 Stream .of() 方法将其转化为一个 Stream

3. Stream .of() 方法接收可变长度的参数，因此可以构建一个含有任意个参数的 Stream

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Stream song = Stream . of ("gently","down","the","stream");

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4.可以使用Arrays. stream(array,from,to) 方法将数组的一部分转化为 Stream

5.使用 Stream . empty() 方法可以创建一个不含任何元素的 Stream

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Stream silence= Stream . empty() ;

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6. Stream 接口有两个用来创建无限 Stream 的静态方法

(1).generate方法接收一个无参数的函数，当需要一个Stream值时，可以调用该

方法来产生一个值

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Stream echos= Stream . generate ( ()->"Echo" );

Stream randoms= Stream . generate ( Math::random );

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(2).iterate方法接收一个"种子"值和一个函数作为参数，并且会对之前的值重复应

用该函数，如下例，获取0 1 2 3 4 ……的无限序列

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Stream integers =

Stream . iterate (BigInteger.ZERO, n->n.add(BigInteger.ONE) );

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7.Java8中添加了许多能够产生 Stream 的方法，举两个例子

(1). Pattern 类添加了一个 splitAsStream 的方法，能按正则表达式对

CharSequence对象进行分隔

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Stream words = Pattern .compile("[\\P{L}]+"). splitAsStream (contents);

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(2). Files 类添加了 lines 方法，会返回一个包含文件中所有行的 Stream 。 Stream 接

口有一个父接口 AutoCloseable ，当在某个Stream上调用 close 方法时候，底层的

文件也会被关闭。一般为了确保关闭文件，最好使用Java7中提供的

try-with-resources语句

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try(Stream lines=Files.lines(path)){

……

}

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三、fileter、map和flatMap方法

流转换是指从一个流中读取数据，并将转换后的数据写入到另一个流中

1.filter

filter() 方法会残生一个新的流，其中包含符合某个特定条件的所有元素

filter() 方法的参数是一个Predicate对象，即一个从T到boolean的函数

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List wordList=……;

Stream words=wordList.stream();

Stream longWords=words. filter (w->w.length()>12);

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2.map

当需要对一个流中的值进行某种形式的转换时，可以考虑使用 map() 方法，并传递给它一个执行转换的函数

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List wordList=……;

Stream words=wordList.stream();

Stream lowercaseWords=words. map (String::toLowerCase);

Stream firstChars=words. map (s->s.charAt(0));

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3.flatMap

假设有一个函数，给他一个字符串，返回一个包含多个值的流，如果将该函数传递给 map() ，将会产生一个包含多个流的流

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public static Stream characterStream(String s){

List result=new ArrayList<>();

for(char c:s.toCharArray()){

result.add(c);

}

return result.stream();

}

Stream> result=words. map (w->characterStream(w));

//result为[...,['y','o','u'],[j'','b','k']]

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如果想要获取一个只包含字符串的流，需要使用 flatMap 方法而不是 map 方法

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public static Stream characterStream(String s){

List result=new ArrayList<>();

for(char c:s.toCharArray()){

result.add(c);

}

return result.stream();

}

Stream> result=words. flatMap (w->characterStream(w));

//result为[...,"y","o","u","j","b","k"]

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四、提取子流和组合流

1. limit(n) ：返回一个包含前n个元素的新流，如果原始流的长度小于n，则会返回原始的流

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Stream randoms= Stream . generate ( Math::random ). limit (100);

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2. skip(n) ：丢弃前n个元素

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Stream integers= Stream . iterate (BigInteger.ZERO

, n->n.add (BigInteger.ONE)). limit (100);

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3. Stream . concat() ：将两个流连接到一起，第一个流的长度不应该是无限的

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Stream combined= Stream . concat ( Stream . of ("o","k"), Stream . of ("k","o"));

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4. peak(funk) ：产生另一个与原始流具有相同元素的流，但每次获取一个元素时，都会调用一个函数

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Object[] powers= Stream . iterate (1.0,p->p*2). peek ( e->System.out.println(e) )

. limit (20).toArray();

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五、有状态的转换

上文中介绍的流转换都是无状态的，Java8中提供了有状态的转换

1. distinct() ：根据原始流中的元素返回一个具有相同的顺序、抑制了重复元素的新流

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Stream uniqueWords= Stream . of ("merrily","merrily","gently"). distinct() ;

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2. sorted() ：遍历整个流，产生并返回一个新的已排序的流，Java8中提供了多个sorted方法，其中一个用于其中元素实现了Comparable接口的流，另一个接收一个Comparator对象

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Stream longestFirst=words. sorted (Comparator.comparing( String::length )

. reversed() );

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六、简单的聚合方法

聚合方法都是终止操作，当一个流应用了终止操作后，它就不能再应用其他的操作了

1. count() ：返回流中元素的总数

2. max() 、 min() ：返回流中最大值和最小值

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Optional largest=words. max ( String::compareToIgnoreCase );

if(largest. isPresent() ){

System.out.println("largest："+largest.get());

}

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3. findFirst() ：返回非空集合中的第一个值，通常与filter方法结合使用

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Optional startsWithQ=words. filter ( s->s.startsWith("Q") ). findFirst() ;

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4. findAny() ：返回集合中的任意一个值，并行执行时十分有效

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Optional startsWithQ=words. parallel() . filter ( s->s.startsWith("Q") ). findAny() ;

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这些方法会返回一个 Optional 值，它可能会封装返回值，也可能标识没有返回(当流为空)Optional类型是一种更好的标识缺少返回值的方式

5. anyMatch() ：查看流中是否有匹配元素，该方法接收一个 predicate 参数，并行执行时十分有效

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boolean b=words. parallel() . anyMatch(s->s.startsWith("Q")) ;

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6. allMatch() 、 noneMatch() ：查看流中是否所有元素匹配或没有元素匹配，仍可以通过并行执行来提高速度

七、Optional类型

Optional对象或者是对一个T类型对象的封装，或者表示不是任何对象。因为它不会返回null，所以在正确使用的前提下比一般指向T类型的引用更安全

get() ：如果存在被封装对象，则返回该对象，否则抛出NoSuchuElementException异常

isPresent() ：返回一个boolean值，反映Optional对象是否有值

1.使用Optional值

高效使用Optional的关键在于，使用一个或者接收正确值、或者返回另一个替代值的方法

(1). ifPresent() ：接收一个函数，如果存在可选值，将该值传给函数，否则不会进行任何操作

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optionalValue. ifPresent ( results::add );

optionalValue. ifPresent ( v->results.add(v) );

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(2). map() ：接收一个函数，功效与 ifPresent() 一致，但是会返回Optional

值可能为true、false或空

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optionalValue. map ( results::add );

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(3). orElse() 、 orElseGet() 、 orElseThrow()

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String result=optionalString. orElse ("");

String result=optionalString. orElseGet ( ()->System.getProperty("user.dir") );

String result=optionalString. orElseThrow ( NosuchElementException::new );

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2.创建可选值

(1).可以通过 Optional . of (result)或者 Optional . empty ()来创建一个 Optional 对象

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public static Optional inverse(Double x){

return x==0? Optional . empty() : Optional . of(1/x) ;

}

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(2). Optional . ofNullable() ：null值和可选值之间的桥梁，如果obj不为null， Optional . ofNullable (obj)会返回 Optional . of (obj)，否则返回 Optional . empty()

3.使用flatMap组合可选值函数

假设有一个返回 Optional 的方法f，并且目标类型T有一个会返回 Optional 的方法g，如果都是普通的方法，我们可能会考虑通过调用s.f().g()将他们组合起来，但是这种组合在这里是行不通的，因为s.f()方法返回的是 Optional 而不是T。此时可以调用

optional =s.f(). flatMap ( T::g );

也就是说 flatMap() 方法可以通过展开方法所返回的流，将两个方法组合起来使用

八、聚合操作

如果希望对元素求和，或者以其他方式将流中的元素组合为一个值，可以使用聚合方法 reduce()

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Stream values=……;

Optional sum=values. reduce ( (x,y)->x+y );//values. reduce ( Integer::sum )

//如果流为空，则无法产生有效的结果，该方法会返回一个 Optional 值

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1.一般情况下，聚合方法有一个聚合操作op，该聚合会产生v 0 op v 1 op v 2 op ……，其中v i op v i+1 就表示我们编写的函数调用op(v i ,v i+1 ) ，该操作应该是联合的，即与你组合元素的顺序无关。在数学定义中(x op y) op z=x op (y op z)，这样就允许通过并行流进行有效的聚合。减法是一个非联合操作的例子，例如：(6-3)-2≠6-(3-2)

2.通常，如果有一个标识e使得e op x=x，那么你就可以使用该元素作为计算的起点：

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Integer sum=values. reduce (0, (x,y)->x+y );

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此时当流为空时会返回标识符值，不需要再去处理Optional类

2.假设有一个包含多个对象的流，并且希望对他们的某个属性进行求和，例如求一个流中所有字符串的总长度。这时，你无法使用聚合方法的简单形式，因为它需要一个函数(T,T)->T,其中参数和结果的类型要求是一样的，然而当前这两个类型是不同的。流中元素的类型是String，但是累加结果的类型是整数。对于这种情况，应该使用聚合方法的另一种形式。

首先，要提供一个"累加器"函数(total,word)->total+word.length()。该函数会被重复调用，形成累加值。但是当并行计算时，会产生多个累加值，因此需要提供第二个函数将它们再累加起来

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int result=words. reduce (0,

(total,word)->total+word.length() ,

(total1,total2)->total1+total2 );

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实际中可能不会大量地使用聚合方法，更简单的方法是映射到一个数字流上，并使用它的方法之一来计算总和、最大值或者最小值。如上述例子中，可以调用words. mapToInt ( String::length ). sum() ，由于不会调用自动封箱和拆箱，所以效率更高，而且更简单

九、收集结果

当处理完流后，想查看结果我们可以通过以下方式

1. interator() ：返回一个迭代器

2. toArray() ：返回一个Object[]数组，如果希望得到一个正确类型的数组 ，可以将类型传递给数组的构造函数

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String[] result=words. toArray ( String[]::new );

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3. collect() ：返回一个可以记录个数和总和的对象，如集合、StringBuilder，该方法接收三个参数：

(1).一个能创建目标类型实例的方法，例如HashSet的构造函数

(2).一个将元素添加到目标中的方法，例如一个add方法

(3).一个将两个对象整合到一起的方法，例如addAll方法

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HashSetresult=

stream. collect ( HashSet::new , HashSet::add , HashSet::addAll );

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然而实际中并不一定需要传递这么多参数，因为 Collector 接口已经为我们提供了这三个方法并且 Collectors 类还为常用的收集类型提供了各个工厂方法，因此：

将一个流收集到一个list或者set中

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List listResult=stream. collect ( Collectors . toList() );

Set setResult=stream. collect ( Collectors . toSet() );

//若要控制得到的集合类型可以通过如下方式

TreeSet treeSetResult=

stream. collect ( Collectors . toCollection ( TreeSet::new ));

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将流中所有字符串连接并收集起来

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String result=stream. collect ( Collectors . joining() );

//添加分隔符","

String splitResult=stream. collect ( Collectors . joining(",") );

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如果流包含字符串以外的对象，你首先需要将他们转换为字符串

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String result=stream. map ( Object::toString ). collect ( Collectors . joining(",") );

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如果希望将流的结果聚合为一个总和、平均值、最大值或者最小值，那么请使用 Collectors 的 summarizing(Int|Long|Double) 方法中的一种，这些方法会接收一个将流对象映射为一个数字的函数，并产生一个 (Int|Long|Double)SummaryStatistics 类型的结果，其中包含了获取总和、平均值、最大值和最小值的方法

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IntSummaryStatistics summary=

words. collect ( Collectors . summarizingInt ( String::length ));

double average = summary. getAverage() ;

long count = summary. getCount() ;

int max = summary. getMax() ;

int min = summary. getMin() ;

long sum = summary. getSum() ;

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4. forEach 与 forEachOrdered

forEach(func) 方法接受一个函数，这个函数会应用到流中的每个元素上，在一个

并行流上，可能会以任意顺序来访问元素。如果希望按照流的顺序来执行他们，那么

请调用 forEachOrdered ，当然这样会放弃大多数并行计算所能带来的好处

forEach 和 forEachOrdered 方法都是终止操作，在调用它们之后就不能在使用这

个流了，如果希望还能继续使用这个流，可以使用 peak 方法(四)

与 map 方法不同的是 map 方法是对流中的元素进行处理，而 forEach 与

forEachOrdered 是对流中的数据进行运用

十、将结果收集到Map中

如果希望将流中的元素收集到一个map中，可以通过 Collectors . toMap() 方法

1.通常，该方法有两个参数，分别用来生成map的键和值

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Map idToName=

people. collect ( Collectors . toMap (Person::getId,Person::getName));

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2.如果有多个元素拥有相同的键，那么收集方法会抛出一个IllegalStateException异常，可以通过第三个函数参数，根据已有的值和新值来决定键的值，从而重写该行为

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Stream locales = Stream . of (Locale. getAvailableLocales ());

Map collect = locales. collect (

Collectors . toMap (

l -> l.getDisplayLanguage(),

l -> l.getDisplayLanguage(l),

(existingValue, newValue) -> existingValue

));

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3.如果你需要指定Map集合的类型，需要提供一个构造函数作为第4个参数

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Map idToName=

people. collect ( Collectors . toMap (Person::getId,Person::getName,

(existingValue,newValue)->{throw new IllegalStateException();},

TreeMap::new ));

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4.如果希望通过一个键来获取多个值，例如希望知道指定国家中的所有语言，那么就需要一个Map>对象，可以将每个国家中的各种语言存储到单独的集合中，当发现指定国家的一种新语言时，我们就将已有值和新值组合成一个新的集合

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Map> countryLanguageSets=locales. collect (

Collectors . toMap (

l->l.getDisplayCountry(),

l-> Collections . singleton (l.getDisplayLanguage()),

(a,b)->{

Set r= new HashSet<>(a);

r.addAll(b);

return r;

}

));

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5.对于toMap方法的每种形式，都有一个对应的toConcurrentMap方法，用来产生一个并发的map。再并发收集过程中应当只使用一个并发的map，当在并行流中使用并发map时，一个共享的map要比合并map效率更高，但是当然，使用共享的map无法得到有序的结果

十一、分组和分片

1.具有相同特性的值进行分组是一个很常见的任务,可以直接使用 groupingBy 方法

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Map> countryToLocales=locales. collect (

Collectors . groupingBy ( Locale::getCountry ));

List swissLocales=countryToLocales.get("CH");

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Locale::getCountry 是进行分组的分类函数

如果调用 groupingByConcurrent 方法，会获得一个并发map，当用于并行流时可以并发的插入值。这同 toConcurrentMap 方法是完全类似的

2.当分类函数是一个predicate函数(即返回一个布尔值的函数)时，流元素会被分为两组列表：一组是函数会返回true的元素，另一组返回false的元素。

在这种情况下，使用 partitioningBy 比使用 groupingBy 更有效率

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Map> en =

locales. collect ( Collectors . partitioningBy (l -> l.getLanguage().equals("en")));

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3.downstream收集器

(1). Collectors . toSet()

如果希望指定值得类型，需要提供一个"downstream收集器"，例如希望map得值

是set而不是list可以提供 Collectors . toSet 方法

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Map> countryToLocales=

locales. collect ( Collectors . groupingBy (Locale::getCountry, Collectors . toSet() ));

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(2). Collectors . counting() ：返回所收集元素的总个数

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Map collect =

locales. collect ( Collectors . groupingBy (Locale::getCountry, Collectors . counting() ));

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(3). Collectors . summing (Int|Long|Double)

该方法接受一个函数作为参数参数，它会将该函数应用到downstream元素中，并生成它们的求和

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Map stateToCityPopulation=

cities. collect ( Collectors. groupingBy (City::getState,

Collectors . summingInt (City::getPopulation)));

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(4). Collectors . maxBy() | minBy()

该方法接受一个比较器，并声称downstream元素中的最大值和最小值

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Map stateToCityPopulation=

cities. collect ( Collectors. groupingBy (City::getState,

Collectors . maxBy ( Comparator . comparing (City::getPopulation))));

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(5). Collectors . mapping()

该方法将一个函数应用到downstream结果上，并且需要另一个收集器来处理结

果

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Map stateToCityPopulation=

cities. collect ( Collectors. groupingBy (City::getState,

Collectors . mapping (City::getName,

Collectors . maxBy ( Comparator . comparing (String::length))));

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在10.4节中，获取指定国家所有语言集合时，我们用了toMap方法，这里可以给

出一个更好的解决方案

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Map> collect =

locales. collect ( Collectors . groupingBy (l -> l.getDisplayCountry(),

Collectors . mapping (l -> l.getDisplayLanguage(), Collectors . toSet() )));

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(6).如果grouping或者mapping函数的返回类型是int、long或者double，你可以将元素收集到一个summary statics对象中

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Map stateToCityPopulationSummary=

cities. collect ( Collectors. groupingBy (City::getState,

Collectors . summarizingInt (City::getPopulation)));

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(7) Collectors . reducing() //有Stream.reduce方法后，基本很少使用

该方法会对downstream元素进行一次普通的聚合操作，有三种形式

reducing(binaryOperator)

reducing(identity,binaryOperator)

reducing(identity,mapper,binaryOperator)

第一种形式中identity是null，第三中行驶中，会应用mapper函数并聚合其值

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Map stateToCityName=

cities. collect ( Collectors. groupingBy (City::getState,

Collectors . reducing ("",City::getName,(s,t)->s.length()==0?t:s+","+t)));

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十二、原始类型流

1.Stream API提供了 IntStream 、 LongStream 和 DoubleSream 等类型，专门用来存储原始类型值，不必使用包装。如果你想要存储short、char、byte和boolean类型的值，可以使用 IntStream ；如果要存储float类型的值，可以使用 DoubleStream

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IntStream stream= IntStream . of (1,1,2,3);

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2.IntStream和LongStream还拥有静态方法 range 和 ranggeClosed ，用来产生步进为1的一个整数范围

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IntStream stream= IntStream . range (0,100); //不包括上限

IntStream stream= IntStream . rangeClosed (0,100); //包括上限

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3.可以通过 mapToInt 、 mapToLong 或者 mapToDouble 方法将一个对象流转换为一个原始类型流

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IntStream stream= Stream . of (1,2,3,4). mapToInt() ;

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4.可以通过boxed()方法将一个原始类型流转换为一个对象流

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Stream integers= IntStream . range (0,100). boxed() ;

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5.CharSequence接口有 codePoints 和 chars 方法，可以生成包含字符串Unicode代码的流，或者是包含UTF-16编码的代码单元的 IntStream

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String sentence="\uD835\uDD46 is the set of octonions.";

IntStream codes=sentence. codePoints() ;

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6.原始类型流与对象流的方法调用有以下几点区别：

• toArray方法会返回一个原始类型的数组
• 产生Optional结果的方法会返回一个OptionalInt、OptionalLong或者OptionalDouble类型，这些类与Optional类类似，但是没有get方法，而使用对应的getAsInt()、getAsLong()、getAsDouble()来代替
• 方法sum、average、max和min会返回总和、平均值、最大值和最小值，而对象流中没有这些方法
• summaryStatistics方法会产生一个IntSummaryStatistics、LongSummaryStatistics或者DoubleSummaryStatistics对象

7.Java8中， Random 类提供了 ints 、 longs 和 doubles 方法，用来返回包含随机数字的原始类型流

十三、函数式接口

1.有时在查看javadoc文档时，会看到类似：

Stream filter( Predicate predicate)

Predicate 是一个接口，只含有一个返回boolean值的非默认方法，一般只需要记

住Predicate是一个返回boolean值的函数就行了

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public interface Predicate{

boolean test(T argument);

}

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2.在Stream API中常见的函数式接口

接口	参数类型	返回类型	描述
Supplier	无	T	提供一个T类型的值
Consumer	T	void	处理一个T类型的值
BiConsumer	T,U	void	处理T类型和U类型的值
Predicate	T	boolean	计算boolean值的函数
ToIntFunction ToLongFunction ToDoubleFunction	T	int long double	分别计算int、long、 double值的函数
IntFunction LongFunction DoubleFunction	int long double	R	参数分别为int、long或 double类型的函数
Function	T	R	一个参数为类型为T的 函数
BiFunction	T,U	R	一个参数类型为T和U的 函数
UnaryOperator	T	T	对类型T进行的一元操作
BinaryOperator	T,T	T	对类型T进行的二元操作