自学Java——day_23 Stream流、方法引用
1.高级Stream流
“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。
1.1 Stream优雅的多重条件过滤
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);
}
}
1.2 获取流
java.util.stream.Stream
是Java 8新加入的常用的流接口。（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；
- Stream 接口的静态方法 of 可以获取数组对应的流。
1.2.1 根据Collection获取流
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。
import java.util.*;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo04GetStream {
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();
}
}
1.2.2 根据Map获取流
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：
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo05GetStream {
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>> entryStream = map.entrySet().stream();
}
}
1.2.3 根据数组获取流
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：
import java.util.stream.Stream;
public class Demo06GetStream {
public static void main(String[] args) {
String[] array = { "张无忌", "张翠山", "张三丰", "张一元" };
Stream<String> stream = Stream.of(array);
}
}
1.3 常用方法
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：
- 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。（除了终结方法外，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。本文中，终结方法包括 count 和 forEach 方法。
1.3.1 逐一处理【forEach】
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 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。
import java.util.stream.Stream;
public class Demo12StreamForEach {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> stream = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
stream.forEach(name‐> System.out.println(name));
}
}
1.3.2 过滤【Filter】
可以通过filter方法将一个流转换成另一个子集流。方法签名：
- Stream filter(Predicate 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。
import java.util.stream.Stream;
public class Demo07StreamFilter {
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"));
}
}
1.3.3 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。方法签名：
- Stream map(Function 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。
import java.util.stream.Stream;
public class Demo08StreamMap {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> original = Stream.of("10", "12", "18");
Stream<Integer> result = original.map(str‐>Integer.parseInt(str));
}
}
1.3.4 统计个数：count
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）。
import java.util.stream.Stream;
public class Demo09StreamCount {
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()); // 2
}
}
1.3.5 取用前几个【limit】
limit 方法可以对流进行截取，只取用前n个。方法签名：
- Stream 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。
import java.util.stream.Stream;
public class Demo10StreamLimit {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
Stream<String> result = original.limit(2);
System.out.println(result.count()); // 2
}
}
1.3.6 跳过前几个【skip】
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 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。
import java.util.stream.Stream;
public class Demo11StreamSkip {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
Stream<String> result = original.skip(2);
System.out.println(result.count()); // 1
}
}
1.3.7 组合【concat】
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 Stream concat(Stream a, Stream b) : 这是一个静态方法，与java.lang.String 当中的concat 方法是不同的。
import java.util.stream.Stream;
public class Demo12StreamConcat {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> streamA = Stream.of("张无忌");
Stream<String> streamB = Stream.of("张翠山");
Stream<String> result = Stream.concat(streamA, streamB);
}
}
1.4 综合案例
集合元素处理题：
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：
- 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。
- 第一个队伍筛选之后只要前3个人；存储到一个新集合中。
- 第二个队伍只要姓张的成员姓名；存储到一个新集合中。
- 第二个队伍筛选之后不要前2个人；存储到一个新集合中。
- 将两个队伍合并为一个队伍；存储到一个新集合中。
- 根据姓名创建Person 对象；存储到一个新集合中。
- 打印整个队伍的Person对象信息。
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class DemoArrayListNames {
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");
//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");
// ....
}
}
public class Person {
private String name;
public Person() {}
public Person(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "Person{name='" + name + "'}";
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
public class DemoArrayListNames {
public static void main(String[] args) {
List<String> one = new ArrayList<>();
// ...
List<String> two = new ArrayList<>();
// ...
// 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
List<String> oneA = new ArrayList<>();
for (String name : one) {
if (name.length() == 3) {
oneA.add(name);
}
}
// 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
List<String> oneB = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
oneB.add(oneA.get(i));
}
// 第二个队伍只要姓张的成员姓名；
List<String> twoA = new ArrayList<>();
for (String name : two) {
if (name.startsWith("张")) {
twoA.add(name);
}
}
// 第二个队伍筛选之后不要前2个人；
List<String> twoB = new ArrayList<>();
for (int i = 2; i < twoA.size(); i++) {
twoB.add(twoA.get(i));
}
// 将两个队伍合并为一个队伍；
List<String> totalNames = new ArrayList<>();
totalNames.addAll(oneB);
totalNames.addAll(twoB);
// 根据姓名创建Person对象；
List<Person> totalPersonList = new ArrayList<>();
for (String name : totalNames) {
totalPersonList.add(new Person(name));
}
// 打印整个队伍的Person对象信息。
for (Person person : totalPersonList) {
System.out.println(person);
}
}
}
/*
Person{name='宋远桥'}
Person{name='苏星河'}
Person{name='石破天'}
Person{name='张天爱'}
Person{name='张二狗'}
*/
2.方法引用
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？
2.1 方法引用符
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。
案例：
@FunctionalInterface
public interface Printable {
void print(String str);
}
//冗余的Lambda情况
public class Demo01PrintSimple {
private static void printString(Printable data) {
data.print("Hello, World!");
}
public static void main(String[] args) {
printString(s ‐> System.out.println(s));
}
}
用方法引用改进的情况
public class Demo02PrintRef {
private static void printString(Printable data) {
data.print("Hello, World!");
}
public static void main(String[] args) {
printString(System.out::println);
}
}
语义分析：
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：
- Lambda表达式写法： s -> System.out.println(s);
- 方法引用写法： System.out::println
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。
2.2 省略与推导
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：
@FunctionalInterface
public interface PrintableInteger {
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：
public class Demo03PrintOverload {
private static void printInteger(PrintableInteger data) {
data.print(1024);
}
public static void main(String[] args) {
printInteger(System.out::println);
}
}
这次方法引用将会自动匹配到println(int) 的重载形式。
2.3 各种常见方式实现方法引用
2.3.1 通过对象名引用成员方法
@FunctionalInterface
public interface Printable {
void print(String str);
}
public class MethodRefObject {
public void printUpperCase(String str) {
System.out.println(str.toUpperCase());
}
}
public class Demo04MethodRef {
private static void printString(Printable lambda) {
lambda.print("Hello");
}
public static void main(String[] args) {
MethodRefObject obj = new MethodRefObject();
printString(obj::printUpperCase);
}
}
2.3.2 通过类名称引用静态方法
在java.lang.Math 类中已经存在了静态方法abs。
@FunctionalInterface
public interface Calcable {
int calc(int num);
}
public class Demo06MethodRef {
private static void method(int num, Calcable lambda) {
System.out.println(lambda.calc(num));
}
public static void main(String[] args) {
method(‐10, Math::abs);
}
}
2.3.3 通过super引用成员方法
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。
@FunctionalInterface
public interface Greetable {
void greet();
}
public class Human {
public void sayHello() {
System.out.println("Hello!");
}
}
public class Man extends Human {
@Override
public void sayHello() {
System.out.println("大家好,我是Man!");
}
//定义方法method,参数传递Greetable接口
public void method(Greetable g){
g.greet();
}
public void show(){
method(super::sayHello);
}
}
2.3.4 通过this引用成员方法
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。
@FunctionalInterface
public interface Richable {
void buy();
}
public class Husband {
private void buyHouse() {
System.out.println("买套房子");
}
private void marry(Richable lambda) {
lambda.buy();
}
public void beHappy() {
marry(this::buyHouse);
}
}
2.3.5 类的构造器引用
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。
@FunctionalInterface
public interface PersonBuilder {
Person buildPerson(String name);
}
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;
}
}
public class Demo10ConstructorRef {
public static void printName(String name, PersonBuilder builder) {
System.out.println(builder.buildPerson(name).getName());
}
public static void main(String[] args) {
printName("赵丽颖", Person::new);
}
}
2.3.6 数组的构造器引用
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。
@FunctionalInterface
public interface ArrayBuilder {
int[] buildArray(int length);
}
public class Demo12ArrayInitRef {
private static int[] initArray(int length, ArrayBuilder builder) {
return builder.buildArray(length);
}
public static void main(String[] args) {
int[] array = initArray(10, int[]::new);
}
}
2.4 等效写法总结
①
- Lambda表达式写法： s -> System.out.println(s);
- 方法引用写法： System.out::println
②
- Lambda表达式： n -> Math.abs(n)
- 方法引用： Math::abs
③
- Lambda表达式： () -> super.sayHello()
- 方法引用： super::sayHello
④
- Lambda表达式： () -> this.buyHouse()
- 方法引用： this::buyHouse
⑤
- Lambda表达式： name -> new Person(name)
- 方法引用： Person::new
⑥
- Lambda表达式： length -> new int[length]
- 方法引用： int[]::new