Stream流式编程
Stream
1.概念
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：
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 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：
- 将集合A根据条件一过滤为子集B；
- 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：
public class Demo02NormalFilter {
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<String> zhangList = new ArrayList<>();
for (String name : list) {
if (name.startsWith("张")) {
zhangList.add(name);
}
}
List<String> shortList = new ArrayList<>();
for (String name : zhangList) {
if (name.length() == 3) {
shortList.add(name);
}
}
for (String name : shortList) {
System.out.println(name);
}
}
}
这段代码中含有三个循环，每一个作用不同：
- 首先筛选所有姓张的人；
- 然后筛选名字有三个字的人；
- 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<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。
2.流式思想
注意：请暂时忘记对传统IO流的固有印象！
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）。
3.获取流方式
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。
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。
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();
}
}
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：
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();
}
}
方式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);
}
}
备注：
of方法的参数其实是一个可变参数，所以支持数组。
4.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：
- 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 |
| 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
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<? 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。例如：
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(s->System.out.println(s));
}
}
count：统计个数
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<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
}
}
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<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。
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<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。
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<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：
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
}
}
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<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：
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
}
}
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：
<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。
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<String> original = Stream.of("10", "12", "18");
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）。
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 <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：
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);
}
}
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：
- 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；
- 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；
- 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。
两个队伍（集合）的代码如下：
public class DemoArrayListNames {
public static void main(String[] args) {
List<String> 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<String> 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<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);
}
}
}
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<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；
// 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
Stream<String> 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<String> 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));
}
}
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'}
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：转换为Collector List集合。public static：转换为Collector 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<String> stream = Stream.of("10", "20", "30", "40", "50");
List<String> list = stream.collect(Collectors.toList());
Set<String> set = stream.collect(Collectors.toSet());
}
}
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<String> stream = Stream.of("10", "20", "30", "40", "50");
Object[] objArray = stream.toArray();
}
}