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Stream流式思想

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:

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public class Demo01ForEach {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list=new ArrayList<String>();
list.add("小舞");
list.add("胡列娜");
list.add("江厌离");
for(String s:list) {
System.out.println(s);
}
}
}

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:

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public class Demo01ForEach {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list=new ArrayList<String>();
list.add("小舞");
list.add("胡列娜");
list.add("江厌离");
list.add("江澄");
list.add("江枫眠");

//对list中的元素进行过滤,将以江开头的元素,存储到一个新的集合中
ArrayList<String> listJiang=new ArrayList<String>();
for(String s:list) {
if(s.startsWith("江"))
listJiang.add(s);
}

//对listJiang中元素进行过滤,将长度为3的,存储到新的集合中
ArrayList<String> list3=new ArrayList<String>();
for(String s:listJiang) {
if(s.length()==3)
list3.add(s);
}

//遍历list3
for(String s:list3) {
System.out.println(s);
}
}
}

这段代码中含有三个循环,每一个作用不同:

  1. 首先筛选所有姓江的人;

  2. 然后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

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public class Demo02Stream {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("小舞");
list.add("胡列娜");
list.add("江厌离");
list.add("江澄");
list.add("江枫眠");

// 对list中的元素进行过滤,将以江开头的元素,存储到一个新的集合中
// 对listJiang中元素进行过滤,将长度为3的,存储到新的集合中
// 遍历list3
list.stream().filter(new Predicate<String>() {

@Override
public boolean test(String s) {
return s.startsWith("江");
}
}).filter(new Predicate<String>() {

@Override
public boolean test(String s) {
return s.length() == 3;
}
}).forEach(new Consumer<String>() {

@Override
public void accept(String t) {
System.out.println(t);

}
});

// 升级为Lambda写法,优雅不?艺术不?
list.stream()
.filter(s -> s.startsWith("江"))
.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、过滤出姓江、过滤出长度为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 流式思想概述

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)。

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。

3 获取流

java.util.stream.StreamJava 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。

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。

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//把集合List转换为Stream
List<String> list=new ArrayList<String>();
Stream<String> stream1=list.stream();

Set<String> set=new HashSet<String>();
Stream<String> stream2=set.stream();

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(键)、value(值)或entry(键与值的映射关系)等情况:

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Map<String,String> map=new HashMap<String, String>();
//获取键,存储到Set集合中
Set<String> keyset=map.keySet();
Stream<String> stream3=keyset.stream();

//或者获取值,存到Collection中,然后再通过Collection集合中的stream默认方法获取流
Stream<String> stream4=map.values().stream();

//或者获取键与值的映射关系 entrySet
Set<Map.Entry<String, String>> entries=map.entrySet();
Stream<Map.Entry<String, String>> stream5=entries.stream();

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:

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//把数组转换为Stream
Stream<Integer> stram6=Stream.of(1,2,3,4,5);
//可变参数可以传递数组
Integer[] arr= {
1,2,3,4,5
};
Stream<Integer> stream7=Stream.of(arr);

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:

  • 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。本小节中,终结方法包括 count 和 forEach 方法。

流的特点:Stream流属于管道流,只能被消费(使用)一次。第一个Stream流调用完毕方法,数据就会流转到下一个Stream流, 而这时第一个Stream流已经使用完毕,就会关闭了。所以第一个Stream流就不能再调用方法了。

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。

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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。

复习Consumer接口

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java.util.function.Consumer<T>接口是一个消费型接口。
//Consumer接口中包含抽象方法void accept(T t),意为消费一个指定泛型的数据。

基本使用:

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public class Demo04StreamForEach {
public static void main(String[] args) {
//获取一个Stream流
Stream<String> stream=Stream.of("小舞","朱竹清","水冰儿","胡列娜","邱若水");
//使用Stream中的forEach方法,对Stream流中的数据进行遍历
// stream.forEach(new Consumer<String>() {
//
// @Override
// public void accept(String t) {
// System.out.println(t);
//
// }
// });

//改用Lambda优化
stream.forEach(name->System.out.println(name));
}
}

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:

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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。

复习Predicate接口

此前我们已经学习过 java.util.stream.Predicate 函数式接口,其中唯一的抽象方法为:

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boolean test(T t);

该方法将会产生一个boolean值结果,代表指定的条件是否满足。如果结果为true,那么Stream流filter 方法 将会留用元素;如果结果为false,那么 filter 方法将会舍弃元素。

基本使用

Stream流中的 filter 方法基本使用的代码如:

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public class Demo05StreamFilter {
public static void main(String[] args) {
//创建一个Stream流
Stream<String> stream=Stream.of("朱竹清","宁荣荣","江厌离","胡列娜","火舞","水冰儿","邱若水","水月儿");

//对Stream流中的元素进行过滤,只要姓水的人
// stream.filter(new Predicate<String>() {
//
// @Override
// public boolean test(String t) {
// // TODO Auto-generated method stub
// return t.startsWith("水");
// }
// }).forEach(name->System.out.println(name));

//Lambda优化
stream.filter(t->t.startsWith("水")).forEach(name->System.out.println(name));
}
}

在这里通过Lambda表达式来指定了筛选的条件:必须姓水。

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:

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<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。

复习Function接口

此前我们已经学习过 java.util.stream.Function 函数式接口,其中唯一的抽象方法为:

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R apply(T t);

这可以将一种T类型转换成为R类型,而这种转换的动作,就称为映射

基本使用

Stream流中的 map 方法基本使用的代码如:

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public class Demo06StreamMap {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> stream=Stream.of("1","2","3","4");
//使用map方法,将字符串类型的整数,转换(映射)为Integer类型的整数
// stream.map(new Function<String, Integer>() {
//
// @Override
// public Integer apply(String t) {
// // TODO Auto-generated method stub
// return Integer.parseInt(t);
// }
// }).forEach(num->System.out.println(num));

//优化
stream.map(t->Integer.parseInt(t)).forEach(num->System.out.println(num));
}
}

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)。

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:

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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:

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public class Demo07StreamCount {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Integer> list=new ArrayList<Integer>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(2);
list.add(2);
list.add(2);
list.add(2);
list.add(2);
Stream<Integer> stream=list.stream();
long count=stream.count();
System.out.println(count);
}
}

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:

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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:

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public class Demo08StreamLimit {
public static void main(String[] args) {
String[] girls= {
"胡列娜","江厌离","邱若水","朱竹清","宁荣荣","火舞","水冰儿","水月儿"
};
Stream<String> stream=Stream.of(girls);

//使用limit对Stream流中的元素进行截取,只要前三个元素
Stream<String> stream2=stream.limit(3);
stream2.forEach(name->System.out.println(name));
}
}

limit方法是一个延迟方法,跟filter、map一样,只是对流中的元素进行截取,返回的是一个新流,所以可以继续调用Stream

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:

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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:

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public class Demo09StreamSkip {
public static void main(String[] args) {
String[] girls= {
"胡列娜","江厌离","邱若水","朱竹清","宁荣荣","火舞","水冰儿","水月儿"
};
Stream<String> stream=Stream.of(girls);

//使用skip方法跳过前3个元素
stream.skip(3).forEach(name->System.out.println(name));
}
}

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 :

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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:

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public class Demo10StreamConcat {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> boys=Stream.of("唐三","戴沐白","魏无羡");
Stream<String> girls=Stream.of("胡列娜","水冰儿","江厌离");
Stream<String> stream=Stream.concat(boys, girls);
stream.forEach(name->System.out.println(name));
}
}

5 练习:集合元素处理(传统方式)

题目

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小于3个字的成员姓名;存储到一个新集合中。
  2. 第一个队伍筛选之后只要前3个人;存储到一个新集合中。
  3. 第二个队伍包含水字的成员姓名;存储到一个新集合中。
  4. 第二个队伍筛选之后不要前2个人;存储到一个新集合中。
  5. 将两个队伍合并为一个队伍;存储到一个新集合中。
  6. 根据姓名创建 Person 对象;存储到一个新集合中。
  7. 打印整个队伍的Person对象信息。

代码

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class Person {
private String name;

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public Person(String name) {
super();
this.name = name;
}

public Person() {
super();
// TODO Auto-generated constructor stub
}

@Override
public String toString() {
// TODO Auto-generated method stub
return "Person{name='"+name+"' }";
}



}
public class Demo11Practice {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> men=new ArrayList<String>();
men.add("唐三");
men.add("邪月");
men.add("焱");
men.add("江澄");
men.add("江枫眠");

//存储名字长度小于3
ArrayList<String> men1=new ArrayList<String>();
for(String s:men) {
if(s.length()<3) {
men1.add(s);
}
}

//存储前三个
ArrayList<String> men2=new ArrayList<String>();
for(int i=0;i<3;i++) {
men2.add(men1.get(i));
}


ArrayList<String> women=new ArrayList<String>();
women.add("胡列娜");
women.add("水冰儿");
women.add("火舞");
women.add("水月儿");
women.add("邱若水");


//存储包含水的
ArrayList<String> women1=new ArrayList<String>();
for(String s:women) {
if(s.contains("水"))
women1.add(s);
}
//存储除前两个以外的
ArrayList<String> women2=new ArrayList<String>();
for(int i=2;i<women1.size();i++) {
women2.add(women1.get(i));
}

//添加两个集合
ArrayList<String> all=new ArrayList<String>();
all.addAll(men2);
all.addAll(women2);


//根据姓名创建Person对象,存储到集合中
ArrayList<Person> people=new ArrayList<Person>();
for(String s:all) {
people.add(new Person(s));
}

//打印Person集合信息
for(Person p:people) {
System.out.println(p);
}

}
}

看看,这代码写得,麻烦不?代码的艺术呢?我们做了这一系列工作,只是为了最后遍历一下结果而已,循环只是方式,而不是我们的目的。所以,直接采用Stream方式会更加方便

6 练习:集合元素处理(Stream方式)

题目

把上一题当中的传统for循环改为Stream流式处理方式,两个集合的初值保持不变,Person类的定义也不变

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public class Demo12Practice {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> men = new ArrayList<String>();
men.add("唐三");
men.add("邪月");
men.add("焱");
men.add("江澄");
men.add("江枫眠");

ArrayList<String> women = new ArrayList<String>();
women.add("胡列娜");
women.add("水冰儿");
women.add("火舞");
women.add("水月儿");
women.add("邱若水");

// 对men,存储名字长度小于3且前3个
Stream<String> men1=men.stream().filter(name->name.length()<3).limit(3);
// 对women,存储名字包含水且不包含前2个
Stream<String> women1=women.stream().filter(name->name.contains("水")).skip(2);

//连接两个,并转存为Person类型,然后遍历
Stream.concat(men1, women1).map(name->new Person(name)).forEach(person->System.out.println(person));
}
}
最后修改:2020-04-16 09:30:49
原文链接:https://meethigher.top/blog/2020/streaming-thought/
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