Java重温学习笔记，Java8新特性：Stream

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。

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。它可以极大提高Java程序员的生产力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。

一、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。

二、Stream API的特点

• Stream API的使用和同样是java8新特性的lambda表达式密不可分，可以大大提高编码效率和代码可读性。
• Stream API提供串行和并行两种操作，其中并行操作能发挥多核处理器的优势，使用fork/join的方式进行并行操作以提高运行速度。
• Stream API进行并行操作无需编写多线程代码即可写出高效的并发程序，且通常可避免多线程代码出错的问题。

三、简单示范

Java8之前，统计整数数组中正数的个数代码：

import java.util.*;

public class MyDemo {

    public static void main(String[] args) {  
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(-1, -2, 0, 4, 5 ,3, 6, 7, -8);
        
        long count = 0;
        
        for(Integer number: numbers) {
            if(number > 0) {
                count++;
            }
        }
        
        System.out.println("Positive count: " + count);
    }
}

Java8之后，可以这么写：

import java.util.*;

public class MyDemo {

    public static void main(String[] args) {  
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(-1, -2, 0, 4, 5 ,3, 6, 7, -8);
        
         long count = numbers.parallelStream().filter(i -> i>0).count();
        
        System.out.println("Positive count: " + count);
    }
}

本例中，使用filter()方法对数组进行过滤，使用count()方法对过滤后的数组进行大小统计，使用parallelStream()方法为集合创建并行流，自动采用并行运算提高速度。

在更复杂的场景，还可以用forEach()、map()、limit()、sorted()、collect()等方法，进行进一步流运算。

四、如何生成流

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。

五、主要方法介绍

forEach

Stream 提供了新的方法 'forEach' 来迭代流中的每个数据。以下代码片段使用 forEach 输出了10个随机数：

Random random = new Random();
random.ints().limit(10).forEach(System.out::println);

map

map 方法用于映射每个元素到对应的结果，以下代码片段使用 map 输出了元素对应的平方数：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
// 获取对应的平方数
List<Integer> squaresList = numbers.stream().map( i -> i*i).distinct().collect(Collectors.toList());

filter

filter 方法用于通过设置的条件过滤出元素。以下代码片段使用 filter 方法过滤出空字符串：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
// 获取对应的平方数，保留唯一值
List<Integer> squaresList = numbers.stream().map( i -> i*i).distinct().collect(Collectors.toList());

limit

limit 方法用于获取指定数量的流。 以下代码片段使用 limit 方法打印出 10 条数据：

Random random = new Random();
random.ints().limit(10).forEach(System.out::println);

sorted

Random random = new Random();
random.ints().limit(10).sorted().forEach(System.out::println);

summaryStatistics

另外，一些产生统计结果的收集器也非常有用。它们主要用于int、double、long等基本类型上，它们可以用来产生类似如下的统计结果。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
 
IntSummaryStatistics stats = numbers.stream().mapToInt((x) -> x).summaryStatistics();
 
System.out.println("列表中最大的数 : " + stats.getMax());
System.out.println("列表中最小的数 : " + stats.getMin());
System.out.println("所有数之和 : " + stats.getSum());
System.out.println("平均数 : " + stats.getAverage());

其它方法：

distinct

skip

peek

count

......

六、Collectors

Collectors 类实现了很多归约操作，例如将流转换成集合和聚合元素。Collectors 可用于返回列表或字符串：

import java.util.*;
import java.util.stream.Collectors; 

public class MyDemo {

    public static void main(String[] args) {  
        List<String>strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
        List<String> filtered = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());
         
        System.out.println("筛选列表: " + filtered);
        String mergedString = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).collect(Collectors.joining(", "));
        System.out.println("合并字符串: " + mergedString);
    }
}

七、综合示范

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.IntSummaryStatistics;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.Map;
 
public class MyDemo {
   public static void main(String args[]){
      System.out.println("使用 Java 7: ");
        
      // 计算空字符串
      List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
      System.out.println("列表: " +strings);
      long count = getCountEmptyStringUsingJava7(strings);
        
      System.out.println("空字符数量为: " + count);
      count = getCountLength3UsingJava7(strings);
        
      System.out.println("字符串长度为 3 的数量为: " + count);
        
      // 删除空字符串
      List<String> filtered = deleteEmptyStringsUsingJava7(strings);
      System.out.println("筛选后的列表: " + filtered);
        
      // 删除空字符串，并使用逗号把它们合并起来
      String mergedString = getMergedStringUsingJava7(strings,", ");
      System.out.println("合并字符串: " + mergedString);
      List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
        
      // 获取列表元素平方数
      List<Integer> squaresList = getSquares(numbers);
      System.out.println("平方数列表: " + squaresList);
      List<Integer> integers = Arrays.asList(1,2,13,4,15,6,17,8,19);
        
      System.out.println("列表: " +integers);
      System.out.println("列表中最大的数 : " + getMax(integers));
      System.out.println("列表中最小的数 : " + getMin(integers));
      System.out.println("所有数之和 : " + getSum(integers));
      System.out.println("平均数 : " + getAverage(integers));
      System.out.println("随机数: ");
        
      // 输出10个随机数
      Random random = new Random();
        
      for(int i=0; i < 10; i++){
         System.out.println(random.nextInt());
      }
        
      System.out.println("使用 Java 8: ");
      System.out.println("列表: " +strings);
        
      count = strings.stream().filter(string->string.isEmpty()).count();
      System.out.println("空字符串数量为: " + count);
        
      count = strings.stream().filter(string -> string.length() == 3).count();
      System.out.println("字符串长度为 3 的数量为: " + count);
        
      filtered = strings.stream().filter(string ->!string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());
      System.out.println("筛选后的列表: " + filtered);
        
      mergedString = strings.stream().filter(string ->!string.isEmpty()).collect(Collectors.joining(", "));
      System.out.println("合并字符串: " + mergedString);
        
      squaresList = numbers.stream().map(i -> i*i).distinct().collect(Collectors.toList());
      System.out.println("Squares List: " + squaresList);
      System.out.println("列表: " +integers);
        
      IntSummaryStatistics stats = integers.stream().mapToInt((x) ->x).summaryStatistics();
        
      System.out.println("列表中最大的数 : " + stats.getMax());
      System.out.println("列表中最小的数 : " + stats.getMin());
      System.out.println("所有数之和 : " + stats.getSum());
      System.out.println("平均数 : " + stats.getAverage());
      System.out.println("随机数: ");
        
      random.ints().limit(10).sorted().forEach(System.out::println);
        
      // 并行处理
      count = strings.parallelStream().filter(string -> string.isEmpty()).count();
      System.out.println("空字符串的数量为: " + count);
   }
    
   private static int getCountEmptyStringUsingJava7(List<String> strings) {
      int count = 0;
        
      for(String string: strings) {
         if(string.isEmpty()) {
            count++;
         }
      }
      return count;
   }
    
   private static int getCountLength3UsingJava7(List<String> strings) {
      int count = 0;
        
      for(String string: strings) {
         if(string.length() == 3) {
            count++;
         }
      }
      return count;
   }
    
   private static List<String> deleteEmptyStringsUsingJava7(List<String> strings){
      List<String> filteredList = new ArrayList<String>();
        
      for(String string: strings) {
         if(!string.isEmpty()) {
             filteredList.add(string);
         }
      }
      return filteredList;
   }
    
   private static String getMergedStringUsingJava7(List<String> strings, String separator){
      StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        
      for(String string: strings){
        
         if(!string.isEmpty()){
            stringBuilder.append(string);
            stringBuilder.append(separator);
         }
      }
      String mergedString = stringBuilder.toString();
      return mergedString.substring(0, mergedString.length()-2);
   }
    
   private static List<Integer> getSquares(List<Integer> numbers){
      List<Integer> squaresList = new ArrayList<Integer>();
        
      for(Integer number: numbers){
         Integer square = new Integer(number.intValue() * number.intValue());
            
         if(!squaresList.contains(square)) {
            squaresList.add(square);
         }
      }
      return squaresList;
   }
    
   private static int getMax(List<Integer> numbers) {
      int max = numbers.get(0);
        
      for(int i=1;i < numbers.size();i++){
         Integer number = numbers.get(i);
            
         if(number.intValue() > max){
            max = number.intValue();
         }
      }
      return max;
   }
    
   private static int getMin(List<Integer> numbers){
      int min = numbers.get(0);
        
      for(int i=1;i < numbers.size();i++){
         Integer number = numbers.get(i);
        
         if(number.intValue() < min){
            min = number.intValue();
         }
      }
      return min;
   }
    
   private static int getSum(List numbers){
      int sum = (int)(numbers.get(0));
        
      for(int i=1;i < numbers.size();i++){
         sum += (int)numbers.get(i);
      }
      return sum;
   }
    
   private static int getAverage(List<Integer> numbers){
      return getSum(numbers) / numbers.size();
   }
}

本文参考：

https://www.runoob.com/java/java8-streams.html

https://www.jianshu.com/p/2b40fd0765c3