Java Stream流

傷城~ 2024-03-22 20:47 29阅读 0赞

Java 8 版本新增的Stream，配合同版本出现的Lambda ，给我们操作集合（Collection）提供了极大的便利。Stream流是JDK8新增的成员，允许以声明性方式处理数据集合，可以把Stream流看作是遍历数据集合的一个高级迭代器。Stream 是 Java8 中处理集合的关键抽象概念，它可以指定你希望对集合进行的操作，可以执行非常复杂的查找/筛选/过滤、排序、聚合和映射数据等操作。使用Stream API 对集合数据进行操作，就类似于使用 SQL 执行的数据库查询。也可以使用 Stream API 来并行执行操作。

> 简而言之，Stream API 提供了一种高效且易于使用的处理数据的方式。

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

以上的流程转换为 Java 代码为：

List<Integer> transactionsIds = 
    widgets.stream()
                 .filter(b -> b.getColor() == RED)
                 .sorted((x,y) -> x.getWeight() - y.getWeight())
                 .mapToInt(Widget::getWeight)
                 .sum();

> ### 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。

#### 流创建操作 ####

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。

List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
    List<String> filtered = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());

生成流的方式主要有五种

###### 1.Stream创建 ######

Stream<Integer> stream1 = Stream.of(1,2,3,4,5);

###### 2、Collection集合创建（**应用中最常用的一种**） ######

List<Integer> integerList = new ArrayList<>();
            integerList.add(1);
            integerList.add(2);
            integerList.add(3);
            integerList.add(4);
            integerList.add(5);
            Stream<Integer> listStream = integerList.stream();

#### 3、Array数组创建 ####

int[] intArr = {1, 2, 3, 4, 5};
            IntStream arrayStream = Arrays.stream(intArr);

通过Arrays.stream方法生成流，并且该方法生成的流是数值流【即IntStream】而不是 Stream

使用数值流可以避免计算过程中拆箱装箱，提高性能。

Stream API提供了mapToInt、mapToDouble、mapToLong三种方式将对象流【即Stream 】转换成对应的数值流，同时提供了boxed方法将数值流转换为对象流

###### 4、**文件创建** ######

try {
                Stream<String> fileStream = Files.lines(Paths.get("data.txt"), Charset.defaultCharset());
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

通过Files.line方法得到一个流，并且得到的每个流是给定文件中的一行

###### 5、函数创建 ######

###### iterator ######

Stream<Integer> iterateStream = Stream.iterate(0, n -> n + 2).limit(5);

iterate方法接受两个参数，第一个为初始化值，第二个为进行的函数操作，因为iterator生成的流为无限流，通过limit方法对流进行了截断，只生成5个偶数

###### generator ######

Stream<Double> generateStream = Stream.generate(Math::random).limit(5);

generate方法接受一个参数，方法参数类型为Supplier ，由它为流提供值。generate生成的流也是无限流，因此通过limit对流进行了截断

#### 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<String>strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
    // 获取空字符串的数量
    long count = strings.stream().filter(string -> string.isEmpty()).count();

#### limit ####

List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
    // 获取空字符串的数量
    long count = strings.parallelStream().filter(string -> string.isEmpty()).count();

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 ####

sorted 方法用于对流进行排序。以下代码片段使用 sorted 方法对输出的 10 个随机数进行排序：

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

### 并行（parallel）程序 ###

parallelStream 是流并行处理程序的代替方法。以下实例我们使用 parallelStream 来输出空字符串的数量：

我们可以很容易的在顺序运行和并行之间切换。

### 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：

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);

### 统计 ###

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());

### Stream 完整实例 ###

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 Java8Tester {
       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();
       }
    }

输出结果为：

$ javac Java8Tester.java 
    $ java Java8Tester
    使用 Java 7: 
    列表: [abc, , bc, efg, abcd, , jkl]
    空字符数量为: 2
    字符串长度为 3 的数量为: 3
    筛选后的列表: [abc, bc, efg, abcd, jkl]
    合并字符串: abc, bc, efg, abcd, jkl
    平方数列表: [9, 4, 49, 25]
    列表: [1, 2, 13, 4, 15, 6, 17, 8, 19]
    列表中最大的数 : 19
    列表中最小的数 : 1
    所有数之和 : 85
    平均数 : 9
    随机数: 
    -393170844
    -963842252
    447036679
    -1043163142
    -881079698
    221586850
    -1101570113
    576190039
    -1045184578
    1647841045
    使用 Java 8: 
    列表: [abc, , bc, efg, abcd, , jkl]
    空字符串数量为: 2
    字符串长度为 3 的数量为: 3
    筛选后的列表: [abc, bc, efg, abcd, jkl]
    合并字符串: abc, bc, efg, abcd, jkl
    Squares List: [9, 4, 49, 25]
    列表: [1, 2, 13, 4, 15, 6, 17, 8, 19]
    列表中最大的数 : 19
    列表中最小的数 : 1
    所有数之和 : 85
    平均数 : 9.444444444444445
    随机数: 
    -1743813696
    -1301974944
    -1299484995
    -779981186
    136544902
    555792023
    1243315896
    1264920849
    1472077135
    1706423674
    空字符串的数量为: 2