JavaSE学习进阶day07_01 Stream流

第二章 Stream流

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。

2.1 引言

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：

public class Demo01ForEach {
    public static void main(String[] args) {
        List 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 name : list) {
            System.out.println(name);
        }
    }  
}

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：

• for循环的语法就是“怎么做”

• for循环的循环体才是“做什么”

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：

1. 将集合A根据条件一过滤为子集B；

2. 然后再根据条件二过滤为子集C。

那怎么办？在Java 8之前的做法可能为：

package com.itheima.a04streamdemo;
​
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
​
public class StreamDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList list1 = new ArrayList<>();
        list1.add("张无忌");
        list1.add("张良");
        list1.add("王二麻子");
        list1.add("谢广坤");
        list1.add("张三丰");
        list1.add("张翠山");
        /*把集合中所有以"张"开头的元素存储到一个新的集合
        把"张"开头的集合中的长度为3的元素存储到一个新的集合
        遍历上一步得到的集合中的元素输出。*/
​
​
        //用来存以张的开头的
        ArrayList list2 = new ArrayList<>();
        for (String name : list1) {
            if(name.startsWith("张")){
                list2.add(name);
            }
        }
​
        ArrayList list3 = new ArrayList<>();//以张开头且字符串长度为3
        for (String name : list2) {
            if(name.length() == 3){
                list3.add(name);
            }
        }
​
        System.out.println(list3);
        
    }
}
​

这段代码中含有三个循环，每一个作用不同：

1. 首先筛选所有姓张的人；

2. 然后在此基础上筛选名字有三个字的人；

3. 最后进行对结果进行打印输出。

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，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：

public class Demo03StreamFilter {
    public static void main(String[] args) {
        List 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");
​
​
        //stream流方式
        list1.stream().filter(s->s.startsWith("张"))
            .filter(s -> s.length() == 3)
            .forEach(s -> System.out.println(s));
​
​
    }
}

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。这就是Stream思想：

注意这张图提到的获取方法、中间方法、终结方法。这几个方法贯穿Stream流整个过程！

2.2 流式思想概述

整体来看，流式思想类似于工厂车间的“生产流水线”。

当需要对多个元素进行操作（特别是多步操作）的时候，考虑到性能及便利性，我们应该首先拼好一个“模型”步骤方案，然后再按照方案去执行它。

这张图中展示了过滤、映射、跳过、计数等多步操作，这是一种集合元素的处理方案，而方案就是一种“函数模型”。图中的每一个方框都是一个“流”，调用指定的方法，可以从一个流模型转换为另一个流模型。而最右侧的数字3是最终结果。

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思想核心：

小结：

2.3 获取流方式(获取方法)

 

终结方法一个流只能用一次！

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：

• 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。

小结：

方式1 : 根据Collection获取流

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。

//1.单列集合的获取方法
ArrayList list = new ArrayList<>();
list.add("aaa");
list.add("bbb");
list.add("ccc");
list.add("ddd");
list.add("eee");
list.add("fff");
//获取流水线，并把集合中的数据放到流水线上面
//forEach底层有一个循环，可以获取流水线上的每一个数据
//这里的s就代表每一个数据
list.stream().forEach(s -> System.out.println(s));

方式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：

//2.双列集合获取的方法
//不能直接获取流水线的对象，需要间隔获取
HashMap hm = new HashMap<>();
hm.put("aaa","111");
hm.put("bbb","222");
hm.put("ccc","333");
hm.keySet().stream().forEach(s -> System.out.println(s));

双列集合不能直接用迭代器，也不能直接获取流水线对象。

方式3 : 根据数组获取流

//3.数组获取的方法
//Arrays.stream
int[] arr = {1,2,3,4,5};
Arrays.stream(arr).forEach(s -> System.out.println(s));

基本类型的数组是不能用Stream.of(arr)这种方式来获取流水线对象的（比如arr.Stream（），这种方法是错的），数组流水线用的Arrays.stream来获取。

方式4 : 同种数据类型的多个数据获取流

//4.一堆同种数据类型的数据
Stream.of("a","b","c","d","e").forEach(s -> System.out.println(s));

2.4 常用方法（中间方法）

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：

• 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。本小节中，终结方法包括count和forEach方法。

• 非终结方法：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，其余方法均为非终结方法。）

函数拼接与终结方法

在上述介绍的各种方法中，凡是返回值仍然为Stream接口的为函数拼接方法，它们支持链式调用；而返回值不再为Stream接口的为终结方法，不再支持链式调用。如下表所示：

方法名	方法作用	方法种类	是否支持链式调用
count	统计个数	终结	否
forEach	逐一处理	终结	否
filter	过滤	函数拼接	是
limit	取用前几个	函数拼接	是
skip	跳过前几个	函数拼接	是
distinct	去重流中重复的元素	函数拼接	是
map	映射	函数拼接	是
concat	组合	函数拼接	是

备注：本小节之外的更多方法，请自行参考API文档。

forEach : 逐一处理（终结方法）

虽然方法名字叫forEach，但是与for循环中的“for-each”昵称不同，该方法并不保证元素的逐一消费动作在流中是被有序执行的。

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。例如：

import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo12StreamForEach {
    public static void main(String[] args) {
        Stream stream = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
        stream.forEach(s->System.out.println(s));
    }
}

count：统计个数（终结方法）

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：

public class Demo09StreamCount {
    public static void main(String[] args) {
        Stream original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
        Stream result = original.filter(s -> s.startsWith("张"));
        System.out.println(result.count()); // 2
    }
}

选择以张开头的元素，只有张无忌和张三丰。因此结果为2

filter：过滤

可以通过filter方法将一个流转换成另一个子集流。方法声明：

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。

基本使用

Stream流中的filter方法基本使用的代码如：

public class Demo07StreamFilter {
    public static void main(String[] args) {
        Stream original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
        Stream result = original.filter(s -> s.startsWith("张"));

        result.forEach(s-> System.out.println(s));
    }
}

运行结果：

注意对流的打印只能用forEach终结方法打印，如果直接打印该流，是打印一个地址！如：

 

在这里通过Lambda表达式来指定了筛选的条件：必须姓张。

limit：取用前几个

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。基本使用：

import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo10StreamLimit {
    public static void main(String[] args) {
        Stream original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
        Stream result = original.limit(2);
        System.out.println(result.count()); // 2
    }
}

skip：跳过前几个

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。基本使用：

import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo11StreamSkip {
    public static void main(String[] args) {
        Stream original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
        Stream result = original.skip(2);
        System.out.println(result.count()); // 1
    }
}
​

map：映射

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。

基本使用

Stream流中的map方法基本使用的代码如：

import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo08StreamMap {
    public static void main(String[] args) {
        Stream original = Stream.of("10", "12", "18");
        Stream 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）。

concat：组合

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)

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：

import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo12StreamConcat {
    public static void main(String[] args) {
        Stream streamA = Stream.of("张无忌");
        Stream streamB = Stream.of("张翠山");
        Stream result = Stream.concat(streamA, streamB);
    }
}

2.5 Stream综合案例

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：

1. 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；

2. 第一个队伍筛选之后只要前3个人；

3. 第二个队伍只要姓张的成员姓名；

4. 第二个队伍筛选之后不要前2个人；

5. 将两个队伍合并为一个队伍；

6. 根据姓名创建Person对象；

7. 打印整个队伍的Person对象信息。

两个队伍（集合）的代码如下：

public class DemoArrayListNames {
    public static void main(String[] args) {
        List one = new ArrayList<>();
        one.add("迪丽热巴");
        one.add("宋远桥");
        one.add("苏星河");
        one.add("老子");
        one.add("庄子");
        one.add("孙子");
        one.add("洪七公");
​
        List two = new ArrayList<>();
        two.add("古力娜扎");
        two.add("张无忌");
        two.add("张三丰");
        two.add("赵丽颖");
        two.add("张二狗");
        two.add("张天爱");
        two.add("张三");
        // ....
    }
}

而Person类的代码为：

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;
    }
}

传统方式

使用for循环 , 示例代码:

public class DemoArrayListNames {
    public static void main(String[] args) {
        List one = new ArrayList<>();
        // ...
​
        List two = new ArrayList<>();
        // ...
​
        // 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
        List 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 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 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 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 totalNames = new ArrayList<>();
        totalNames.addAll(oneB);
        totalNames.addAll(twoB);
​
        // 根据姓名创建Person对象；
        List 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);
        }
    }
}

运行结果为：

Person{name='宋远桥'}
Person{name='苏星河'}
Person{name='洪七公'}
Person{name='张二狗'}
Person{name='张天爱'}
Person{name='张三'}

Stream方式

等效的Stream流式处理代码为：

public class DemoStreamNames {
    public static void main(String[] args) {
        List one = new ArrayList<>();
        // ...
​
        List two = new ArrayList<>();
        // ...
​
        // 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
        // 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
        Stream streamOne = one.stream().filter(s -> s.length() == 3).limit(3);
​
        // 第二个队伍只要姓张的成员姓名；
        // 第二个队伍筛选之后不要前2个人；
        Stream streamTwo = two.stream().filter(s -> s.startsWith("张")).skip(2);
​
        // 将两个队伍合并为一个队伍；
        // 根据姓名创建Person对象；
        // 打印整个队伍的Person对象信息。
        Stream.concat(streamOne, streamTwo).map(s-> new Person(s)).forEach(s->System.out.println(s));//把流的元素转成自定义数据类型得用map()
    }
}

运行效果完全一样：

Person{name='宋远桥'}
Person{name='苏星河'}
Person{name='洪七公'}
Person{name='张二狗'}
Person{name='张天爱'}
Person{name='张三'}

2.6 收集Stream结果

对流操作完成之后，如果需要将其结果进行收集，例如获取对应的集合、数组等，如何操作？

收集到集合中

Stream流提供collect方法，其参数需要一个java.util.stream.Collector接口对象来指定收集到哪种集合中。幸运的是，java.util.stream.Collectors类提供一些方法，可以作为Collector接口的实例：

• public static Collector> toList()：转换为List集合。

• public static Collector> toSet()：转换为Set集合。

下面是这两个方法的基本使用代码：

import java.util.List;
import java.util.Set;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo15StreamCollect {
    public static void main(String[] args) {
        Stream stream = Stream.of("10", "20", "30", "40", "50");
        List list = stream.collect(Collectors.toList());
        Set set = stream.collect(Collectors.toSet());
    }
}

收集到List和Set集合中好办，但是搜集到Map集合中还能这样搜集么？答案是肯定不能，因为Map是双列集合。要把键和它的值分别搜集：先搜集键：如下：

再搜集值：

利用Lambda表达式简化后如下：

收集到数组中

Stream提供toArray方法来将结果放到一个数组中，由于泛型擦除的原因，返回值类型是Object[]的：

Object[] toArray();

其使用场景如：

import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo16StreamArray {
    public static void main(String[] args) {
        Stream stream = Stream.of("10", "20", "30", "40", "50");
        Object[] objArray = stream.toArray();
    }
}