Java8-9-Stream介紹與操作方式詳解

尹昊發表於2017-12-06
Java

上一篇系統學了方法引用的幾種型別及應用場景，本篇開始我們正式學習Stream。
Java8中的Stream與lambda表示式可以說是相伴相生的，通過Stream我們可以更好的更為流暢更為語義化的操作集合。Stream api都位於java.util.stream包中。其中就包含了最核心的Stream介面，一個Stream例項可以序列或者並行操作一組元素序列，官方文件中給出了一個示例

 * <pre>{@code
 *     int sum = widgets.stream()//建立一個流
 *                      .filter(w -> w.getColor() == RED)//取出顏色是紅色的元素
 *                      .mapToInt(w -> w.getWeight())//返回每個紅色元素的重量
 *                      .sum();//重量求和
 * }</pre>

Java8中，所有的流操作會被組合到一個 stream pipeline中，這點類似linux中的pipeline概念，將多個簡單操作連線在一起組成一個功能強大的操作。一個 stream pileline首先會有一個資料來源，這個資料來源可能是陣列、集合、生成器函式或是IO通道，流操作過程中並不會修改源中的資料；然後還有零個或多箇中間操作，每個中間操作會將接收到的流轉換成另一個流（比如filter）；最後還有一個終止操作，會生成一個最終結果（比如sum）。流是一種惰性操作，所有對源資料的計算只在終止操作被初始化的時候才會執行。

總結一下流操作由3部分組成
1.源
2.零個或多箇中間操作
3.終止操作 （到這一步才會執行整個stream pipeline計算）

建立流的幾種方式

//第一種 通過Stream介面的of靜態方法建立一個流
Stream<String> stream = Stream.of("hello", "world", "helloworld");
//第二種 通過Arrays類的stream方法，實際上第一種of方法底層也是呼叫的Arrays.stream(values);
String[] array = new String[]{"hello","world","helloworld"};
Stream<String> stream3 = Arrays.stream(array);
//第三種 通過集合的stream方法，該方法是Collection介面的預設方法，所有集合都繼承了該方法
Stream<String> stream2 = Arrays.asList("hello","world","helloworld").stream();

接下來我們看一個簡單的需求：將流中字元全部轉成大寫返回一個新的集合

List<String> list = Arrays.asList("hello", "world", "helloworld");
List<String> collect = list.stream().map(s -> s.toUpperCase()).collect(Collectors.toList());

這裡我們使用了Stream的map方法，map方法接收一個Function函式式介面例項，這裡的map和Hadoop中的map概念完全一致，對每個元素進行對映處理。然後傳入lambda表示式將每個元素轉換大寫，通過collect方法將結果收集到ArrayList中。

<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);//map函式定義

那如果我們想把結果放到Set中或者替他的集合容器，也可以這樣

list.stream().map(s -> s.toUpperCase()).collect(Collectors.toSet());//放到Set中

或者更為通用的

list.stream().map(s -> s.toUpperCase()).collect(Collectors.toCollection(TreeSet::new));//自定義容器型別

我們可以自己制定結果容器的型別Collectors的toCollection接受一個Supplier函式式介面型別引數，可以直接使用構造方法引用的方式。

Stream中除了map方法對元素進行對映外，還有一個flatMap方法

<R> Stream<R> flatMap(Function<? super T, ? extends Stream<? extends R>> mapper);

flatMap從方法命名上可以解釋為扁平的map

圖片描述
map方法是將一個容器裡的元素對映到另一個容器中。
圖片描述
flatMap方法，可以將多個容器的元素全部對映到一個容器中，即為扁平的map。
看一個求每個元素平方的例子

Stream<List<Integer>> listStream =
                Stream.of(Arrays.asList(1), Arrays.asList(2, 3), Arrays.asList(4, 5, 6));
List<Integer> collect1 = listStream.flatMap(theList -> theList.stream()).
                map(integer -> integer * integer).collect(Collectors.toList());

首先我們建立了一個Stream物件，Stream中的每個元素都是容器List<Integer>型別，並使用三個容器list初始化這個Stream物件，然後使用flatMap方法將每個容器中的元素對映到一個容器中，這時flatMap接收的引數Funciton的泛型T就是List<Integer>型別，返回型別就是T對應的Stream。最後再對這個容器使用map方法求出買個元素的平方。

然後介紹一個用於獲取統計資訊的方法

//同時獲取最大 最小 平均值等資訊
List<Integer> list1 = Arrays.asList(1, 3, 5, 7, 9, 11);
IntSummaryStatistics statistics = list1.stream().filter(integer -> integer > 2).mapToInt(i -> i * 2).skip(2).limit(2).summaryStatistics();
System.out.println(statistics.getMax());//18
System.out.println(statistics.getMin());//14
System.out.println(statistics.getAverage());//16

將list1中的資料取出大於2的，每個數進行平方計算，skip(2)忽略前兩個，limit(2)再取出前兩個，summaryStatistics對取出的這兩個數計算統計資料。mapToInt接收一個ToIntFunction型別，也就是接收一個引數返回值是int型別。

接下來看一下Stream中的一個靜態方法，generate方法

/**
 * Returns an infinite sequential unordered stream where each element is
 * generated by the provided {@code Supplier}.  This is suitable for
 * generating constant streams, streams of random elements, etc.
 *
 * @param <T> the type of stream elements
 * @param s the {@code Supplier} of generated elements
 * @return a new infinite sequential unordered {@code Stream}
 */
public static<T> Stream<T> generate(Supplier<T> s) {
    Objects.requireNonNull(s);
    return StreamSupport.stream(
            new StreamSpliterators.InfiniteSupplyingSpliterator.OfRef<>(Long.MAX_VALUE, s), false);
}

generate接收一個Supplier，適合生成連續不斷的流或者一個全部是隨機數的流

Stream.generate(UUID.randomUUID()::toString).findFirst().ifPresent(System.out::println);

使用UUID.randomUUID()::toString 方法引用的方式建立了Supplier，然後取出第一個元素，這裡的findFirst返回的是 Optional，因為流中有可能沒有元素，為了避免空指標，在使用前 ifPresent 進行是否存在的判斷。

最後再學習一下另一個靜態方法，iterate

/**
 * Returns an infinite sequential ordered {@code Stream} produced by iterative
 * application of a function {@code f} to an initial element {@code seed},
 * producing a {@code Stream} consisting of {@code seed}, {@code f(seed)},
 * {@code f(f(seed))}, etc.
 *
 * <p>The first element (position {@code 0}) in the {@code Stream} will be
 * the provided {@code seed}.  For {@code n > 0}, the element at position
 * {@code n}, will be the result of applying the function {@code f} to the
 * element at position {@code n - 1}.
 *
 * @param <T> the type of stream elements
 * @param seed the initial element
 * @param f a function to be applied to to the previous element to produce
 *          a new element
 * @return a new sequential {@code Stream}
 */
public static<T> Stream<T> iterate(final T seed, final UnaryOperator<T> f) {
    Objects.requireNonNull(f);
    final Iterator<T> iterator = new Iterator<T>() {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        T t = (T) Streams.NONE;

        @Override
        public boolean hasNext() {
            return true;
        }

        @Override
        public T next() {
            return t = (t == Streams.NONE) ? seed : f.apply(t);
        }
    };
    return StreamSupport.stream(Spliterators.spliteratorUnknownSize(
            iterator,
            Spliterator.ORDERED | Spliterator.IMMUTABLE), false);
}

iterate方法有兩個引數，第一個是seed也可以稱作種子，第二個是一個UnaryOperator，UnaryOperator實際上是Function的一個子介面，和Funciton區別就是引數和返回型別都是同一種型別

@FunctionalInterface
public interface UnaryOperator<T> extends Function<T, T> {

}

iterate方法第一次生成的元素是UnaryOperator對seed執行apply後的返回值，之後所有生成的元素都是UnaryOperator對上一個apply的返回值再執行apply，不斷迴圈。
f(f(f(f(f(f(n))))))......

//從1開始，每個元素比前一個元素大2，最多生成10個元素
Stream.iterate(1,item -> item + 2).limit(10).forEach(System.out::println);

我們在使用stream api時也要注意一些陷阱，比如下面這個例子

//Stream陷阱 distinct()會一直等待產生的結果去重，將distinct()和limit(6)調換位置，先限制結果集再去重就可以了
IntStream.iterate(0,i -> (i + 1) % 2).distinct().limit(6).forEach(System.out::println);

如果distinct()一直等待那程式會一直執行不斷生成資料，所以需要先限制結果集再去進行去重操作就可以了。

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