Java 8 聚合操作詳解

Oracle在2014年3月19日如期釋出了Java 8。Java 8版本被認為是具有里程碑意義的一個版本，Oracle在該版本中新增了許多新特性，包括Lambda表示式、方法引用、加強了安全等等。

在眾多的新特性中，聚合操作（Aggregate Operations）是針對集合類的一個比較大的變化。通過聚合操作，開發者可以更容易地使用Lambda表示式，並且更方便地實現對集合的查詢、遍歷、過濾以及常見計算等。

聚合操作與Java 8中的Lambda表示式、方法引用等新特性是相關的，一般一起組合使用，但這裡只說明聚合操作的使用，下面就聚合操作的使用進行簡單說明。

集合類的層次結構

集合類是Java語言提供的輔助類，是一種較為通用的資料結構，如Map、Set、List等。Java中集合類層次關係如下：

圖 1

如上圖，Collection是主要集合類的介面，其子介面（具化介面）有Deque、Queue、Set、List等。

Map是另一種型別的集合，以Key、Value的鍵值對儲存資料集。

在Java 8中，在java.util.Collection介面中新增了如下方法：

Stream<E> stream() {
    return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
}

stream()方法的可見性修飾符為default，這又是Java 8的新特性。在介面中（Collection為interface），本不需要（也不能）進行方法實現，但引入default修飾後就不同了。開發者不但可以進行方法的實現，而且還不用考慮向後相容的問題。關於Default Method的詳細解釋，讀者可以參考Java 8的官方文件。

正是stream方法引出了集合類的聚合操作。

[注意]

Map介面中並沒有stream()方法，但是Map的values()和keySet()均返回集合物件，在集合物件上當然是可以使用stream()方法的。

聚合操作例項

為說明聚合操作的使用，首先定義一個資料元素類Person，如下：

import java.time.LocalDate;

public class Person {
		String name;
		LocalDate birthday;
		Sex gender;
		String emailAddress;

		public int getAge() {
			return LocalDate.now().getYear() - birthday.getYear();
		}

		public void setBirthday(LocalDate birthday){
			this.birthday = birthday;
		}

		public void setGender(Sex sex){
			this.gender = sex;
		}

		public void printPerson() {
			System.out.println("The name is " + name);
		}

		public Sex getGender(){
			return gender;
		}

		public enum Sex {
			MALE, FEMALE
		}
	}

在Java 8以前的版本中，對Person集合的遍歷往往採用以下方式：

Set<Person> persons = new HashSet<Person>();

//傳統遍歷方式 for (Person person : persons) { if (person.getAge() > 18) { System.out.println(person.name + ” is elder than 18.”); } }

同樣的功能，在Java 8中使用聚合操作，可以實現如下：

//使用聚合操作
persons.stream().filter(new Predicate<Person>() {
	   @Override
		public boolean test(Person person) {
			if (person.getAge() > 18) {
				return true;
			} else {
				return false;
			}
		}
	}).forEach(new Consumer<Person>() {
		@Override
		public void accept(Person person) {
			System.out.println(person.name + " is elder than 18.");
		}
	});

首先，在集合物件persons上呼叫stream()方法（聚合操作），取得person物件的資料集（elements），然後呼叫聚合操作filter()對集合中的元素進行過濾，再呼叫forEach()完成對符合條件的person的列印。

Predicate和Consumer為Java 8中定義的函式介面(Functional Interface)，在java.util.function包下面，函式介面也是Java 8的新特性。在上述程式碼中，使用了兩個匿名類分別對Predicate和Consumer進行了實現，這兩個介面都只有一個方法，這也是函式介面的特徵之一。

上述程式碼中的寫法還是比較繁瑣的，為進一步簡化，可以使用Lambda表示式實現，如下：

// 使用聚合操作及Lambda
	persons.stream()
		.filter(p -> p.getAge() >= 18)
		.forEach(p -> System.out.println(p.name + " is elder than 18."));

因為filter()、forEach()的引數均為函式介面，所以可以替換為Lambda表示式的方式。簡單來理解，Lambda表示式就是允許開發者將程式碼邏輯作為引數進行傳遞，關於Lambda表示式的詳細內容，請參Java 8的官方文件。

聚合操作的使用

聚合操作是Java 8針對集合類，使程式設計更為便利的方式，可以與Lambda表示式一起使用，達到更加簡潔的目的。

前面例子中，對聚合操作的使用可以歸結為3個部分：

1. 資料來源部分：通過stream()方法，取得集合物件的資料集。
2. 通過一系列中間（Intermediate）方法，對資料集進行過濾、檢索等資料集的再次處理。如上例中，使用filter()方法來對資料集進行過濾。
3. 通過最終（terminal）方法完成對資料集中元素的處理。如上例中，使用forEach()完成對過濾後元素的列印。

中間方法除了filter()外，還有distinct()、sorted()、map()等等，其一般是對資料集的整理（過濾、排序、匹配、抽取等等），返回值一般也是資料集。

最終方法往往是完成對資料集中資料的處理，如forEach()，還有allMatch()、anyMatch()、findAny()、findFirst()，數值計算類的方法有sum、max、min、average等等。最終方法也可以是對集合的處理，如reduce()、collect()等等。reduce()方法的處理方式一般是每次都產生新的資料集，而collect()方法是在原資料集的基礎上進行更新，過程中不產生新的資料集。

從上面的例子中可以看出，通過stream()方法，從集合物件獲取的資料集與集合物件的迭代器（Iterator）有些類似，但他們也不完全相同：

1. 迭代器提供next()、hasNext()等方法，開發者可以自行控制對元素的處理，以及處理方式，但是隻能順序處理；
2. stream()方法返回的資料集無next()等方法，開發者無法控制對元素的迭代，迭代方式是系統內部實現的，同時系統內的迭代也不一定是順序的，還可以並行，如parallelStream()方法。並行的方式在一些情況下，可以大幅提升處理的效率。

除上述介紹的聚合操作外，Java 8中還提供了其他更為豐富的聚合操作，讀者可以參考Java 8的開發參考，瞭解更多內容。

總結

Java 8提供的聚合操作，以及一起使用的Lambda表示式為開發者帶來了便利，尤其在面向邏輯易變、開發迭代較快的專案應用時。但筆者個人認為，在帶來方便的同時，可能也帶來了一些麻煩，如相同邏輯的複用，以及程式碼的查錯、修改等，當然這些問題也是相對而言的。畢竟，任何事物都有兩面性，技術在不斷的發展，Java也在不斷地調整自己的適應性，變得功能越來越多，越來越強大了。