第一章 Stream流
说到Stream便容易想到I/O Stream,而实际上,谁规定“流”就一定是“IO流”呢?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。
1.1 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:
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:
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:
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。
1.2 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(flfluentstyle )。 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。
1.3 获取流
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。
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。
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:
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:
备注: of 方法的参数其实是一个可变参数,所以支持数组。
1.4 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。
备注:本小节之外的更多方法,请自行参考 API 文档
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。
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
基本使用:
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 流的 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:
在这里通过Lambda表达式来指定了筛选的条件:必须姓张。
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:
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:
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:
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:
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:
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:
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 :