【Java】函数式编程学习笔记——Stream流

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（1）【Java】函数式编程学习笔记——Lambda表达式
（2）【Java】函数式编程学习笔记——Stream流
（3）【Java】函数式编程学习笔记——Optional
（4）【Java】函数式编程学习笔记——函数式接口、方法引用

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1 概述

Java8的Stream使用的是函数式编程模式，如同它的名字一样， 它可以被用来对集合或数组进行链状流式的操作。可以更方便的让我们对集合或数组操作。

2 案例数据准备

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@EqualsAndHashCode
public class Author {
    private Long id;
    private String name;
    private Integer age;
    private String intro;
    private List<Book> books;
}

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@EqualsAndHashCode
public class Book {
    private Long id;
    private String name;
    private String category;
    private Integer score;
    private String info;
}

private static List<Author> getAuthors() {
    //数据初始化
    Author author = new Author(1L,"蒙多",33,"一个从菜刀中明悟哲理的祖安人",null);
    Author author2 = new Author(2L,"亚拉索",15,"狂风也追逐不上他的思考速度",null);
    Author author3 = new Author(3L,"易",14,"是这个世界在限制他的思维",null);
    Author author4 = new Author(3L,"易",14,"是这个世界在限制他的思维",null);

    //书籍列表
    List<Book> books1 = new ArrayList<>();
    List<Book> books2 = new ArrayList<>();
    List<Book> books3 = new ArrayList<>();

    books1.add(new Book(1L,"刀的两侧是光明与黑暗","哲学,爱情",88,"用一把刀划分了爱恨"));
    books1.add(new Book(2L,"一个人不能死在同一把刀下","个人成长,爱情",99,"讲述如何从失败中明悟真理"));

    books2.add(new Book(3L,"那风吹不到的地方","哲学",85,"带你用思维去领略世界的尽头"));
    books2.add(new Book(3L,"那风吹不到的地方","哲学",85,"带你用思维去领略世界的尽头"));
    books2.add(new Book(4L,"吹或不吹","爱情,个人传记",56,"一个哲学家的恋爱观注定很难把他所在的时代理解"));

    books3.add(new Book(5L,"你的剑就是我的剑","爱情",56,"无法想象一个武者能对他的伴侣这么的宽容"));
    books3.add(new Book(6L,"风与剑","个人传记",100,"两个哲学家灵魂和肉体的碰撞会激起怎么样的火花呢？"));
    books3.add(new Book(6L,"风与剑","个人传记",100,"两个哲学家灵魂和肉体的碰撞会激起怎么样的火花呢？"));

    author.setBooks(books1);
    author2.setBooks(books2);
    author3.setBooks(books3);
    author4.setBooks(books3);

    List<Author> authorList = new ArrayList<>(Arrays.asList(author,author2,author3,author4));
    return authorList;
}

3 快速入门

需求

我们可以调用getAuthors方法获取到作家的集合。现在需要打印所有年龄小于18的作家的名字，并且要注意去重。

实现

authors.stream()：把集合转换成流，返回的就是Stream对象。
.distinct()：去重，去除重复项
.filter()：过滤，根据条件进行筛选
.forEach()：对结果进行遍历处理。

public static void main(String[] args) {
    List<Author> authors = getAuthors();
    authors.stream() // 把集合转换为流
        .distinct() // 去重
        .filter(author -> author.getAge() < 18) // 年龄小于18
        .forEach(author -> System.out.println(author.getName()));
}

打断点，进行调试：

4 常用操作

4.1 创建流

单列集合： 集合对象.stream()

List<Author> authors = getAuthors();
Stream<Author> stream = authors.stream();

数组：Arrays.stream(数组)或者使用Stream.of来创建

Integer[] arr = {1,2,3,4,5};
Stream<Integer> stream = Arrays.stream(arr);
Stream<Integer> stream2 = Stream.of(arr);

双列集合：转换成单列集合后再创建

Map<String,Integer> map = new HashMap<>();
map.put("蜡笔小新",19);
map.put("黑子",17);
map.put("日向翔阳",16);

Stream<Map.Entry<String, Integer>> stream = map.entrySet().stream();

4.2 中间操作

方法	用法
filter	可以对流中的元素进行条件过滤，符合过滤条件的才能继续留在流中。
map	可以把对流中的元素进行计算或转换。
distinct	可以去除流中的重复元素。
sorted	可以对流中的元素进行排序。
limit	可以设置流的最大长度，超出的部分将被抛弃。
skip	跳过流中的前n个元素，返回剩下的元素。
flatMap	可以把一个对象转换成多个对象作为流中的元素。

filter：可以对流中的元素进行条件过滤，符合过滤条件的才能继续留在流中。

.filter(author -> author.getName().length()>1)

map：可以把对流中的元素进行计算或转换。

.map(author -> author.getName())

.map(age->age+10)

distinct：可以去除流中的重复元素

注意：distinct方法是依赖Object的equals方法来判断是否是相同对象的。所以需要注意重写equals方法。

sorted：可以对流中的元素进行排序

.sorted((o1, o2) -> o2.getAge()-o1.getAge())

注意：如果调用空参的sorted()方法，需要流中的元素是实现了Comparable。

limit：可以设置流的最大长度，超出的部分将被抛弃。

.limit(2) 最大长度为2

skip：跳过流中的前n个元素，返回剩下的元素

.skip(1) //跳过第一个元素

flatMap：map只能把一个对象转换成另一个对象来作为流中的元素。而flatMap可以把一个对象转换成多个对象作为流中的元素。

举例1：

打印所有书籍的名字，要求对重复的元素进行去重。

public static void main(String[] args) {
    List<Author> authors = getAuthors();
    // 打印所有书籍的名字。要求对重复的元素进行去重。
    authors.stream()
            .flatMap(author -> author.getBooks().stream())
            .distinct()
            .forEach(book -> System.out.println(book.getName()));
}

每一个author里包含一个book集合，通过flatMap将多个book集合映射到同一个流当中。

举例2：

打印现有数据的所有分类。要求对分类进行去重。不能出现这种格式：“哲学，爱情”

public static void main(String[] args) {
    List<Author> authors = getAuthors();
    // 打印所有书籍的名字。要求对重复的元素进行去重。
    authors.stream()
            .flatMap(author -> author.getBooks().stream())
            .distinct()
            .flatMap(book -> Arrays.stream(book.getCategory().split(",")))
            .distinct()
            .forEach(System.out::println);
}

4.3 终结操作

方法	用法
forEach	对流中的元素进行遍历操作，我们通过传入的参数去指定对遍历到的元素进行什么具体操作。
count	可以用来获取当前流中元素的个数。
max&min	可以用来或者流中的最值。
collect	把当前流转换成一个集合。
anyMatch	可以用来判断是否有任意符合匹配条件的元素，结果为boolean类型。
allMatch	可以用来判断是否都符合匹配条件，结果为boolean类型。如果都符合结果为true，否则结果为false。
noneMatch	可以判断流中的元素是否都不符合匹配条件。如果都不符合结果为true，否则结果为false。
findAny	获取流中的任意一个元素。该方法没有办法保证获取的一定是流中的第一个元素。
findFirst	获取流中的第一个元素。
reduce	归并

forEach：对流中的元素进行遍历操作，我们通过传入的参数去指定对遍历到的元素进行什么具体操作。

// 输出所有作家的名字
List<Author> authors = getAuthors();

authors.stream()
        .map(author -> author.getName())
        .distinct()
        .forEach(name-> System.out.println(name));

count：可以用来获取当前流中元素的个数。

// 打印这些作家的所出书籍的数目，注意删除重复元素。
List<Author> authors = getAuthors();

long count = authors.stream()
        .flatMap(author -> author.getBooks().stream())
        .distinct()
        .count();
System.out.println(count);

max&min：可以用来或者流中的最值。

// 分别获取这些作家的所出书籍的最高分和最低分并打印。
// Stream  -> Stream ->Stream  ->  求值

List<Author> authors = getAuthors();
Optional<Integer> max = authors.stream()
        .flatMap(author -> author.getBooks().stream())
        .map(book -> book.getScore())
        .max((score1, score2) -> score1 - score2);

Optional<Integer> min = authors.stream()
        .flatMap(author -> author.getBooks().stream())
        .map(book -> book.getScore())
        .min((score1, score2) -> score1 - score2);
        
System.out.println(max.get());
System.out.println(min.get());

collect：把当前流转换成一个集合。

// 获取一个存放所有作者名字的List集合。
List<Author> authors = getAuthors();
List<String> nameList = authors.stream()
        .map(author -> author.getName())
        .collect(Collectors.toList());
System.out.println(nameList);

// 获取一个所有书名的Set集合。
List<Author> authors = getAuthors();
Set<Book> books = authors.stream()
        .flatMap(author -> author.getBooks().stream())
        .collect(Collectors.toSet());

System.out.println(books);

// 获取一个Map集合，map的key为作者名，value为List
List<Author> authors = getAuthors();
Map<String, List<Book>> map = authors.stream()
        .distinct()
        .collect(Collectors.toMap(author -> author.getName(), author -> author.getBooks()));

System.out.println(map);

anyMatch：可以用来判断是否有任意符合匹配条件的元素，结果为boolean类型。

// 判断是否有年龄在29以上的作家
List<Author> authors = getAuthors();
boolean flag = authors.stream()
        .anyMatch(author -> author.getAge() > 29);
System.out.println(flag);

allMatch：可以用来判断是否都符合匹配条件，结果为boolean类型。如果都符合结果为true，否则结果为false。

// 判断是否所有的作家都是成年人
List<Author> authors = getAuthors();
boolean flag = authors.stream()
       .allMatch(author -> author.getAge() >= 18);
System.out.println(flag);

noneMatch：可以判断流中的元素是否都不符合匹配条件。如果都不符合结果为true，否则结果为false。

// 判断作家是否都没有超过100岁的。
List<Author> authors = getAuthors();

boolean b = authors.stream()
        .noneMatch(author -> author.getAge() > 100);

System.out.println(b);

findAny：获取流中的任意一个元素。该方法没有办法保证获取的一定是流中的第一个元素。

// 获取任意一个年龄大于18的作家，如果存在就输出他的名字
List<Author> authors = getAuthors();
Optional<Author> optionalAuthor = authors.stream()
        .filter(author -> author.getAge()>18)
        .findAny();

optionalAuthor.ifPresent(author -> System.out.println(author.getName()));

findFirst：获取流中的第一个元素。

//        获取一个年龄最小的作家，并输出他的姓名。
List<Author> authors = getAuthors();
Optional<Author> first = authors.stream()
        .sorted((o1, o2) -> o1.getAge() - o2.getAge())
        .findFirst();

first.ifPresent(author -> System.out.println(author.getName()));

reduce：归并

对流中的数据按照你指定的计算方式计算出一个结果。（缩减操作）

reduce的作用是把stream中的元素给组合起来，我们可以传入一个初始值，它会按照我们的计算方式依次拿流中的元素和初始化值进行计算，计算结果再和后面的元素计算。

reduce两个参数的重载形式内部的计算方式如下：

T result = identity;
for (T element : this stream)
	result = accumulator.apply(result, element)
return result;

其中identity就是我们可以通过方法参数传入的初始值，accumulator的apply具体进行什么计算也是我们通过方法参数来确定的。

举例：

// 使用reduce求所有作者年龄的和
List<Author> authors = getAuthors();
Integer sum = authors.stream()
        .distinct()
        .map(author -> author.getAge())
        .reduce(0, (result, element) -> result + element);
System.out.println(sum);

// 使用reduce求所有作者中年龄的最大值
List<Author> authors = getAuthors();
Integer max = authors.stream()
        .map(author -> author.getAge())
        .reduce(Integer.MIN_VALUE, (result, element) -> result < element ? element : result);

System.out.println(max);

// 使用reduce求所有作者中年龄的最小值
List<Author> authors = getAuthors();
Integer min = authors.stream()
        .map(author -> author.getAge())
        .reduce(Integer.MAX_VALUE, (result, element) -> result > element ? element : result);
System.out.println(min);

reduce由三种参数形式：

Optional<T> reduce(BinaryOperator<T> accumulator);
T reduce(T identity, BinaryOperator<T> accumulator);
<U> U reduce(U identity, BiFunction<U, ? super T, U> accumulator, BinaryOperator<U> combiner);

我们公共使用的是带有两个参数的形式，下面看一下一个参数的重载形式内部的计算

boolean foundAny = false;
T result = null;   // 初始是null，两个参数的时候，初始值是我们定义的
for (T element : this stream) {
    if (!foundAny) {  // 流当中的第一个元素设置为result
        foundAny = true;
        result = element;
    }
    else
        result = accumulator.apply(result, element); // 剩下的部分一样。
}
return foundAny ? Optional.of(result) : Optional.empty(); // 结果封装为Optional返回

如果用一个参数的重载方法去求最小值代码如下：

// 使用reduce求所有作者中年龄的最小值
List<Author> authors = getAuthors();
Optional<Integer> minOptional = authors.stream()
        .map(author -> author.getAge())
        .reduce((result, element) -> result > element ? element : result);
minOptional.ifPresent(age-> System.out.println(age));

5 注意事项

• 惰性求值（如果没有终结操作，没有中间操作是不会得到执行的）
• 流是一次性的（一旦一个流对象经过一个终结操作后。这个流就不能再被使用）
• 不会影响原数据（我们在流中可以多数据做很多处理。但是正常情况下是不会影响原来集合中的元素的。这往往也是我们期望的）

6 常用

数组求和：total = Arrays.stream(arr).sum()