Java8之流Stream

概述

java 8 API添加了一个新的抽象称为流Stream，可以让你以一种声明的方式处理数据。 

Stream 使用一种类似用 SQL 语句从数据库查询数据的直观方式来提供一种对 Java 集合运算和表达的高阶抽象。 

Stream API可以极大提高Java程序员的生产力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。这种风格将要处理的元素集合看作一种流， 流在管道中传输， 并且可以在管道的节点上进行处理， 比如筛选， 排序，聚合等。 

元素流在管道中经过中间操作（intermediate operation）的处理，最后由最终操作(terminal operation)得到前面处理的结果。

流程：

+--------------------+ +------+ +------+ +---+ +-------+
| stream of elements +-----> |filter+-> |sorted+-> |map+-> |collect|
+--------------------+ +------+ +------+ +---+ +-------+

什么是 Stream

Stream（流）是一个来自数据源的元素队列并支持聚合操作 

• 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，I/O channel， 产生器generator 等。 

• 聚合操作 类似SQL语句一样的操作， 比如filter, map, reduce, find, match, sorted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For-Each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， 通过访问者模式(Visitor)实现。

特点：

• 不是数据结构，不会保存数据。

• 不会修改原来的数据源，它会将操作后的数据保存到另外一个对象中。（保留意见：毕竟peek方法可以修改流中元素）

• 惰性求值，流在中间处理过程中，只是对操作进行了记录，并不会立即执行，需要等到执行终止操作的时候才会进行实际的计算。

流的创建方法

在 Java 8 中, 集合接口有两个方法来生成流：

• stream() − 为集合创建串行流。 

• parallelStream() − 为集合创建并行流。

常用的创建方法：

1.使用Collection下的 stream() 和 parallelStream() 方法

List<String> list = new ArrayList<>();
Stream<String> stream = list.stream(); //获取一个顺序流
Stream<String> parallelStream = list.parallelStream(); //获取一个并行流

2.使用Arrays 中的 stream() 方法，将数组转成流

Integer[] nums = new Integer[10];
Stream<Integer> stream = Arrays.stream(nums);

3.使用Stream中的静态方法：of()、iterate()、generate()

Stream<Integer> stream = Stream.of(1,2,3,4,5,6);

Stream<Integer> stream2 = Stream.iterate(0, (x) -> x + 2).limit(6);
stream2.forEach(System.out::println); // 0 2 4 6 8 10

Stream<Double> stream3 = Stream.generate(Math::random).limit(2);
stream3.forEach(System.out::println);

4.使用 BufferedReader.lines() 方法，将每行内容转成流

BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("F:\test_stream.txt"));
Stream<String> lineStream = reader.lines();
lineStream.forEach(System.out::println);

5.使用 Pattern.splitAsStream() 方法，将字符串分隔成流

Pattern pattern = Pattern.compile(",");
Stream<String> stringStream = pattern.splitAsStream("a,b,c,d");
stringStream.forEach(System.out::println);

流的中间操作

1 筛选与切片

• filter：过滤流中的某些元素 

• limit(n)：获取n个元素 

• skip(n)：跳过n元素，配合limit(n)可实现分页 

• distinct：通过流中元素的 hashCode() 和 equals() 去除重复元素

Stream<Integer> stream = Stream.of(6, 4, 6, 7, 3, 9, 8, 10, 12, 14, 14);
  
Stream<Integer> newStream = stream.filter(s -> s > 5) //6 6 7 9 8 10 12 14 14
.distinct() //6 7 9 8 10 12 14
.skip(2) //9 8 10 12 14
.limit(2); //9 8
newStream.forEach(System.out::println);

2. 映射 

• map：接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，并将其映射成一个新的元素。 

• flatMap：接收一个函数作为参数，将流中的每个值都换成另一个流，然后把所有流连接成一个流。

List<String> list = Arrays.asList("a,b,c", "1,2,3");
  
//将每个元素转成一个新的且不带逗号的元素
Stream<String> s1 = list.stream().map(s -> s.replaceAll(",", ""));
s1.forEach(System.out::println); // abc 123
  
Stream<String> s3 = list.stream().flatMap(s -> {
//将每个元素转换成一个stream
String[] split = s.split(",");
Stream<String> s2 = Arrays.stream(split);
return s2;
});
s3.forEach(System.out::println); // a b c 1 2 3

3. 排序 

• sorted()：自然排序，流中元素需实现Comparable接口 

• sorted(Comparator com)：定制排序，自定义Comparator排序器

List<String> list = Arrays.asList("aa", "ff", "dd");
//String 类自身已实现Compareable接口
list.stream().sorted().forEach(System.out::println);// aa dd ff
  
Student s1 = new Student("aa", 10);
Student s2 = new Student("bb", 20);
Student s3 = new Student("aa", 30);
Student s4 = new Student("dd", 40);
List<Student> studentList = Arrays.asList(s1, s2, s3, s4);
  
//自定义排序：先按姓名升序，姓名相同则按年龄升序
studentList.stream().sorted(
(o1, o2) -> {
if (o1.getName().equals(o2.getName())) {
     return o1.getAge() - o2.getAge();
} else {
     return o1.getName().compareTo(o2.getName());
}
}
).forEach(System.out::println);

4. 消费 

peek：如同于map，能得到流中的每一个元素。但map接收的是一个Function表达式，有返回值；而peek接收的是Consumer表达式，没有返回值。

Student s1 = new Student("aa", 10);
Student s2 = new Student("bb", 20);
List<Student> studentList = Arrays.asList(s1, s2);
  
studentList.stream()
.peek(o -> o.setAge(100))
.forEach(System.out::println);
  
//结果：
Student{name='aa', age=100}
Student{name='bb', age=100}

流的终止操作

1 匹配

聚合操作 

• allMatch：接收一个 Predicate 函数，当流中每个元素都符合该断言时才返回true，否则返回false noneMatch：接收一个 

• Predicate 函数，当流中每个元素都不符合该断言时才返回true，否则返回false 

• anyMatch：接收一个 Predicate 函数，只要流中有一个元素满足该断言则返回true，否则返回false 

• findFirst：返回流中第一个元素 

• findAny：返回流中的任意元素 

• count：返回流中元素的总个数 

• max：返回流中元素最大值 

• min：返回流中元素最小值

List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
  
boolean allMatch = list.stream().allMatch(e -> e > 10); //false
boolean noneMatch = list.stream().noneMatch(e -> e > 10); //true
boolean anyMatch = list.stream().anyMatch(e -> e > 4); //true
  
Integer findFirst = list.stream().findFirst().get(); //1
Integer findAny = list.stream().findAny().get(); //1
  
long count = list.stream().count(); //5
Integer max = list.stream().max(Integer::compareTo).get(); //5
Integer min = list.stream().min(Integer::compareTo).get(); //1

2.规约操作 

Optional reduce(BinaryOperator accumulator)：

第一次执行时，accumulator函数的第一个参数为流中的第一个元素，第二个参数为流中元素的第二个元素；第二次执行时，第一个参数为第一次函数执行的结果，第二个参数为流中的第三个元素；依次类推。

• T reduce(T identity, BinaryOperator accumulator)：

• 流程跟上面一样，只是第一次执行时，accumulator函数的第一个参数为identity，而第二个参数为流中的第一个元素。

• U reduce(U identity,BiFunction<U,? super T,U> accumulator,BinaryOperator combiner)：

• 在串行流(stream)中，该方法跟第二个方法一样，即第三个参数combiner不会起作用。在并行流(parallelStream)中,我们知道流被fork join出多个线程进行执行，此时每个线程的执行流程就跟第二个方法reduce(identity,accumulator)一样，而第三个参数combiner函数，则是将每个线程的执行结果当成一个新的流，然后使用第一个方法reduce(accumulator)流程进行规约。

//经过测试，当元素个数小于24时，并行时线程数等于元素个数，当大于等于24时，并行时线程数为16
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24);
  
Integer v = list.stream().reduce((x1, x2) -> x1 + x2).get();
System.out.println(v); // 300
  
Integer v1 = list.stream().reduce(10, (x1, x2) -> x1 + x2);
System.out.println(v1); //310
  
Integer v2 = list.stream().reduce(0,
(x1, x2) -> {
System.out.println("stream accumulator: x1:" + x1 + " x2:" + x2);
return x1 - x2;
},
(x1, x2) -> {
System.out.println("stream combiner: x1:" + x1 + " x2:" + x2);
return x1 * x2;
});
System.out.println(v2); // -300
  
Integer v3 = list.parallelStream().reduce(0,
(x1, x2) -> {
System.out.println("parallelStream accumulator: x1:" + x1 + " x2:" + x2);
return x1 - x2;
},
(x1, x2) -> {
System.out.println("parallelStream combiner: x1:" + x1 + " x2:" + x2);
return x1 * x2;
});
System.out.println(v3); //197474048

3.收集操作 

• collect：接收一个Collector实例，将流中元素收集成另外一个数据结构。

• Collector<T, A, R> 是一个接口，有以下5个抽象方法：Supplier<A> 

• supplier()：创建一个结果容器A BiConsumer<A, T> 

• accumulator()：消费型接口，第一个参数为容器A，第二个参数为流中元素T。

• BinaryOperator<A> combiner()：函数接口，该参数的作用跟上一个方法(reduce)中的combiner参数一样，将并行流中各 个子进程的运行结果(accumulator函数操作后的容器A)进行合并。

• Function<A, R> finisher()：函数式接口，参数为：容器A，返回类型为：collect方法最终想要的结果R。

• Set<Characteristics> characteristics()：返回一个不可变的Set集合，用来表明该Collector的特征。有以下三个特征：

• CONCURRENT：表示此收集器支持并发。（官方文档还有其他描述，暂时没去探索，故不作过多翻译） 

• UNORDERED：表示该收集操作不会保留流中元素原有的顺序。

• IDENTITY_FINISH：表示finisher参数只是标识而已，可忽略。

Collector 工具库：Collectors

Student s1 = new Student("aa", 10,1);
Student s2 = new Student("bb", 20,2);
Student s3 = new Student("cc", 10,3);
List<Student> list = Arrays.asList(s1, s2, s3);
  
//装成list
List<Integer> ageList = list.stream().map(Student::getAge).collect(Collectors.toList()); // [10, 20, 10]
  
//转成set
Set<Integer> ageSet = list.stream().map(Student::getAge).collect(Collectors.toSet()); // [20, 10]
  
//转成map,注:key不能相同，否则报错
Map<String, Integer> studentMap = list.stream().collect(Collectors.toMap(Student::getName, Student::getAge)); // {cc=10, bb=20, aa=10}
  
//字符串分隔符连接
String joinName = list.stream().map(Student::getName).collect(Collectors.joining(",", "(", ")")); // (aa,bb,cc)
  
//聚合操作
//1.学生总数
Long count = list.stream().collect(Collectors.counting()); // 3
//2.最大年龄 (最小的minBy同理)
Integer maxAge = list.stream().map(Student::getAge).collect(Collectors.maxBy(Integer::compare)).get(); // 20
//3.所有人的年龄
Integer sumAge = list.stream().collect(Collectors.summingInt(Student::getAge)); // 40
//4.平均年龄
Double averageAge = list.stream().collect(Collectors.averagingDouble(Student::getAge)); // 13.333333333333334
// 带上以上所有方法
DoubleSummaryStatistics statistics = list.stream().collect(Collectors.summarizingDouble(Student::getAge));
System.out.println("count:" + statistics.getCount() + ",max:" + statistics.getMax() + ",sum:" + statistics.getSum() + ",average:" + statistics.getAverage());
  
//分组
Map<Integer, List<Student>> ageMap = list.stream().collect(Collectors.groupingBy(Student::getAge));
//多重分组,先根据类型分再根据年龄分
Map<Integer, Map<Integer, List<Student>>> typeAgeMap = list.stream().collect(Collectors.groupingBy(Student::getType, Collectors.groupingBy(Student::getAge)));
  
//分区
//分成两部分，一部分大于10岁，一部分小于等于10岁
Map<Boolean, List<Student>> partMap = list.stream().collect(Collectors.partitioningBy(v -> v.getAge() > 10));
  
//规约
Integer allAge = list.stream().map(Student::getAge).collect(Collectors.reducing(Integer::sum)).get(); //40

Collectors.toList() 解析

//toList 源码
public static <T> Collector<T, ?, List<T>> toList() {
return new CollectorImpl<>((Supplier<List<T>>) ArrayList::new, List::add,
(left, right) -> {
left.addAll(right);
return left;
}, CH_ID);
}
  
//为了更好地理解，我们转化一下源码中的lambda表达式
public <T> Collector<T, ?, List<T>> toList() {
Supplier<List<T>> supplier = () -> new ArrayList();
BiConsumer<List<T>, T> accumulator = (list, t) -> list.add(t);
BinaryOperator<List<T>> combiner = (list1, list2) -> {
list1.addAll(list2);
return list1;
};
Function<List<T>, List<T>> finisher = (list) -> list;
Set<Collector.Characteristics> characteristics = Collections.unmodifiableSet(EnumSet.of(Collector.Characteristics.IDENTITY_FINISH));
  
return new Collector<T, List<T>, List<T>>() {
@Override
public Supplier supplier() {
return supplier;
}
  
@Override
public BiConsumer accumulator() {
return accumulator;
}
  
@Override
public BinaryOperator combiner() {
return combiner;
}
  
@Override
public Function finisher() {
return finisher;
}
  
@Override
public Set<Characteristics> characteristics() {
return characteristics;
}
};
}

示例：

public class StreamDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<StudentInfo> studentList = new ArrayList<>();
        studentList.add(new StudentInfo("李明", true, 19, 1.76, LocalDate.of(2001, 3, 23)));
        studentList.add(new StudentInfo("张国丽", false, 19, 1.61, LocalDate.of(2001, 12, 3)));
        studentList.add(new StudentInfo("杜朋", true, 20, 1.82, LocalDate.of(2000, 3, 11)));
        studentList.add(new StudentInfo("陈魅析", false, 18, 1.67, LocalDate.of(2002, 10, 18)));
        //使用年龄进行升序排序
        List<StudentInfo> studentsSortName = studentList.stream().sorted(Comparator.comparing(StudentInfo::getAge)).collect(Collectors.toList());
        System.out.println("--------------");
        for (StudentInfo studentInfo : studentsSortName) {
            System.out.println(studentInfo.getName() + studentInfo.getAge());
        }
        //使用年龄进行降序排序（使用reversed()方法）
        List<StudentInfo> studentsSortName2 = studentList.stream().sorted(Comparator.comparing(StudentInfo::getAge).reversed()).collect(Collectors.toList());
        for (StudentInfo studentInfo : studentsSortName2) {
            System.out.println(studentInfo.getName() + studentInfo.getAge());
        }
        System.out.println("--------------");
        //使用年龄进行降序排序，年龄相同再使用身高升序排序
        List<StudentInfo> studentsSortName3 = studentList.stream()
                .sorted(Comparator.comparing(StudentInfo::getAge).reversed().thenComparing(StudentInfo::getHeight))
                .collect(Collectors.toList());

        System.out.println("--------------");
        for (StudentInfo studentInfo : studentsSortName3) {
            System.out.println(studentInfo.getName() + studentInfo.getAge() + ":" + studentInfo.getHeight());
        }
        //对中文排序
        List<String> list = Arrays.asList("谷歌", "腾讯", "百度", "淘宝");
        Collator collator = Collator.getInstance(Locale.CHINA);
        list.sort((string1, string2) -> collator.compare(string1, string2));
        System.out.println(list);

        //去除空数据
        List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
        List<String> filtered = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());
        for (String s : filtered) {
            System.out.println(s);
        }

    }
}

public class StudentInfo {
    private String name;
    private  boolean isOK;
    private int age;
    private double height;
    private LocalDate date ;

    public StudentInfo(String name, boolean isOK, int age,double sore, LocalDate date) {
        this.name = name;
        this.isOK = isOK;
        this.age = age;
        this.height = sore;
        this.date = date;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public double getHeight() {
        return height;
    }

    public void setHeight(double height) {
        this.height = height;
    }

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

    public boolean isOK() {
        return isOK;
    }

    public void setOK(boolean OK) {
        isOK = OK;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public LocalDate getDate() {
        return date;
    }

    public void setDate(LocalDate date) {
        this.date = date;
    }
}

输出：

--------------
陈魅析18
李明19
张国丽19
杜朋20
杜朋20
李明19
张国丽19
陈魅析18
--------------
--------------
杜朋20:1.82
张国丽19:1.61
李明19:1.76
陈魅析18:1.67
[百度, 谷歌, 淘宝, 腾讯]
abc
bc
efg
abcd
jkl