使用流

Philip發表於2018-08-31

在本篇中，你將會看到Stream API支援的許多操作。這些操作能讓你快速完成複雜的資料查詢，如篩選、切片、對映、查詢、匹配、和歸約。接下來，我們會看看一些特殊的流：數值流、來自檔案和陣列等多種來源的流，最後是無限流。

  1. 篩選和切片
  • 用謂詞篩選（篩選）：Stream介面支援filter方法。該操作會接受一個謂詞（一個返回Boolean的函式）作為引數，並返回一個包括所有符合謂詞的元素的流。
  • 篩選各異的元素（去重）：流還支援一個叫做distinct的方法，它會返回一個元素各異（根據流所生成元素的hashCode和equals方法的實現）的流。
  • 截短流（擷取）：流支援limit(n)方法，該方法會返回一個不超過給定長度的流。所需的長度作為引數傳遞給limit。如果流是有序的，則最多會返回前n個元素。
  • 跳過元素（跳過）：流還支援skip(n)方法，返回一個扔掉了前n個元素的流。如果流中元素不足n個，則返回一個空流。請注意，limit(n)和skip(n)是互補的！
  1. 對映
  • 對流中每一個元素應用函式：流支援map方法，它會接受一個函式（Function）作為引數。這個函式會被應用到每個元素上，並將其對映成一個新的元素（使用對映一詞，是因為它和轉換類似，但其中的細微差別在於它是建立一個“新版本”，而不是去“修改”）。
  • 流的扁平化：使用flatMap方法的效果是，各個陣列並不是分別對映成一個流，而是對映成流的內容。所有使用map(Array::Stream)時生成的單個流都被合併起來，即扁平化為一個流。
  1. 查詢和匹配
  • 檢查謂詞是否至少匹配一個元素：anyMatch方法可以回答“流中是否有一個元素能匹配給定的謂詞”。
  • 檢查謂詞是否匹配所有元素：allMatch方法的工作原理和anyMatch類似，但它會看看流中的元素是否都能匹配給定的謂詞。和allMatch相對的是noneMatch。它可以確保流中沒有任何元素與給定的謂詞匹配。
  • 查詢元素：findAny方法將返回當前流中的任意元素。它可以與其他流操作結合使用。
  • 查詢第一個元素：有些流有一個出現順序來指定流中專案出現的邏輯順序（比如由List或排序好的資料列生成的流）。對於這種流，你可能想要找到第一個元素。為此有一個findFirst方法，它的工作方式類似於findAny。
  1. 歸約
  • 元素求和

int sum = numbers.stream().reduce(0, (a, b) -> a + b);

  • 一個初始值，這裡是0；
  • 一個BinaryOperator((T,T) -> T)來將兩個元素結合起來產生一個新值，這裡我們用的是lambda (a,b) -> a+b。 reduce接受兩個引數：

你可以使用方法引用讓這段程式碼更簡潔。在Java8裡，Integer類現在有一個靜態的sum方法來對兩個數求和，這恰好是我們想要的，用不著反覆用Lambda寫同一段程式碼了：

int sum = numbers.stream().reduce(0, Integer::sum);

reduce還有一個過載的變體，它不接受初始值，但是會返回一個Optional物件：

Optional<Integer> sum = numbers.stream().reduce(Integer::sum);

  • 最大值和最小值

原來，只要用歸約就可以計算最大值和最小值了！讓我們來看看如何利用剛剛學到的reduce來計算流中最大或最小的元素。正如你前面看到的，reduce接受兩個引數：

  • 一個初始值；
  • 一個Lambda來把兩個流元素結合起來併產生一個新值
Optional<Integer> max = number.stream().reduce(Integer::max);
Optional<Integer> max = number.stream().reduce(Integer::min);
複製程式碼

當然你也可以寫成Lambda (x, y) -> x < y ? x : y

  1. 數值流
  • 原始型別流特化

  Java8引入了三個原始型別特化流介面：IntStream、DoubleStream和LongStream，分別將流中的元素特化為int、long和double，從而避免了暗含的裝箱成本。每個介面都帶來了進行常用數值歸約的新方法，比如對數值流求和的sum，找到最大元素的max。此外還有在必要時再把它們轉換回物件流的方法。要記住的是，這些特化的原因並不在於流的複雜性，而是裝箱造成的複雜性--即類似int和Integer之間的效率差異。

  將流對映為特化版本的常用方法是mapToInt、mapToDouble和mapToLong。這些方法和前面說的map方法的工作方式一樣，只是它們返回的是一個特化流，而不是Stream<T>。例如：

int calories = menu.stream()
    .mapToInt(Dish::getCalories)
    .sum();
複製程式碼

  這裡，mapToInt會從每道菜中提取熱量（用一個Integer表示），並返回一個IntStream（而不是一個Stream<Integer>）。然後你就可以呼叫IntStream介面中定義的sum方法，對卡路里求和了！請注意，如果流是空的，sum預設返回0。IntStream還支援其他的方便方法，如max、min、average等。

  同樣，一旦有了數值流，你可能回想把它轉換回非特化流。例如，IntStream上的操作只能產生原始整數：IntStream的map操作接受的Lambda必須接受int並返回int（一個IntUnaryOperator）。但是你可能想生成另一類值，比如Dish。為此，你需要訪問Stream介面中定義的那些更廣義的操作。要把原始流轉換為一般流（每個int都會裝箱成一個Integer），可以使用boxed方法：

IntStream intStream = menu.stream().map(Dish::getCalories);
Stream<Integer> stream = intStream.boxed();
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  對於三種原始特化流，也分別有一個Optional原始型別特化版本：OptionalInt、OptionalDouble和OptionalLong。

  例如，要找到IntStream中的最大元素，可以呼叫max方法，它會返回一個OptionalInt：

OptionalInt maxCalories = menu.stream()
    .mapToInt(Dish::getColories)
    .max();
複製程式碼

  現在，如果沒有最大值的話，你就可以顯式處理OptionalInt去定義一個預設值了：

int max = maxCalories.orElse(1);//如果沒有最大值，顯式提供一個預設對大值

  • 數值範圍

  Java8引入了兩個可以用於IntStream和LongStream的靜態方法，幫助生成這種範圍：range和rangeClosed。這兩個方法都是第一個引數接受起始值，第二個引數接受結束值。但是range是不包含結束值的，而rangeClosed包含結束值。

  1. 構建流
  • 由值構建流

  你可以使用靜態方法Stream.of，通過顯式值建立一個流。它可以接受任意數量的引數。例如，以下程式碼直接使用Stream.of建立一個字串流。然後，你可以將字串轉換為大寫，再一個一個列印出來：

Stream<String> stream = Stream.of("Java 8", "Lambdas", "In", "Action");
stream.map(String::toUpperCase).forEach(System.out::println);
複製程式碼

  你可以使用empty得到一個空流：

Stream<String> emptyStream = Stream.empty();

  • 由陣列建立流

  你可以使用靜態方法Arrays.Stream從陣列建立一個流。它接受一個陣列作為引數。例如，你可以將一個原始型別int的陣列轉換為IntStream：

int[] numbers = {2, 3, 4, 5, 6}; int sum = Arrays.stream(numbers).sum();

  • 由檔案生成

  • 由函式生成流：建立無限流

    • 迭代（iterator）

    我們先來看一個iterator的簡單例子，然後在解釋：

    Stream.iterator(0, n -> n + 2)
    .limit(10)
    .forEach(System.out::println);
複製程式碼

      iterator方法接受一個初始值（在這裡是0），還有一個依次應用在每個產生的新值上的Lambda（UnaryOperator型別）。這裡，我們使用Lambda n -> n + 2，返回的是前一個元素加上2。因此，iterator方法生成了一個所有正偶數的流：流的第一個元素是初始值0。請注意，此操作將生成一個無限流--這個流沒有結尾，因為值是按需計算的，可以永遠計算下去。我們使用limit方法來顯式限制流的大小。這裡只選擇了前10個偶數，然後可以呼叫forEach終端操作來消費流，並分別列印每個元素。

    • 生成（generate）

    與iterator方法類似，generate方法也可讓你按需生成一個無限流。但generate不是依次對每個新生成的值應用函式的。它接受一個Supplier<T>型別的Lambda提供新的值。我們先來看一個簡單的用法：

    Stream.generate(Math::random).limit(5).forEach(System.out::println);

    這段程式碼將生成一個流，其中有五個0到1之間的隨機雙精度數。

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