Java 8 Stream

陳仁義發表於2019-03-01

Java 8 API新增了一個新的抽象稱為流Stream,可以讓你以一種宣告的方式處理資料。

Stream 使用一種類似用 SQL 語句從資料庫查詢資料的直觀方式來提供一種對 Java 集合運算和表達的高階抽象。

Stream API可以極大提高Java程式設計師的生產力,讓程式設計師寫出高效率、乾淨、簡潔的程式碼。

這種風格將要處理的元素集合看作一種流, 流在管道中傳輸, 並且可以在管道的節點上進行處理, 比如篩選, 排序,聚合等。

元素流在管道中經過中間操作(intermediate operation)的處理,最後由最終操作(terminal operation)得到前面處理的結果。

+--------------------+       +------+   +------+   +---+   +-------+
| stream of elements +-----> |filter+-> |sorted+-> |map+-> |collect|
+--------------------+       +------+   +------+   +---+   +-------+複製程式碼

以上的流程轉換為 Java 程式碼為:

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

什麼是 Stream?

Stream(流)是一個來自資料來源的元素佇列並支援聚合操作

  • <strong元素佇列< strong=””>元素是特定型別的物件,形成一個佇列。 Java中的Stream並不會儲存元素,而是按需計算。
  • 資料來源 流的來源。 可以是集合,陣列,I/O channel, 產生器generator 等。
  • 聚合操作 類似SQL語句一樣的操作, 比如filter, map, reduce, find, match, sorted等。

和以前的Collection操作不同, Stream操作還有兩個基礎的特徵:

  • Pipelining: 中間操作都會返回流物件本身。 這樣多個操作可以串聯成一個管道, 如同流式風格(fluent style)。 這樣做可以對操作進行優化, 比如延遲執行(laziness)和短路( short-circuiting)。
  • 內部迭代: 以前對集合遍歷都是通過Iterator或者For-Each的方式, 顯式的在集合外部進行迭代, 這叫做外部迭代。 Stream提供了內部迭代的方式, 通過訪問者模式(Visitor)實現。

生成流

在 Java 8 中, 集合介面有兩個方法來生成流:

  • stream() − 為集合建立序列流。
  • parallelStream() − 為集合建立並行流。
List<String> strings = Arrays.asList(“abc“, ““, “bc“, “efg“, “abcd“,““, “jkl“); List<String> filtered = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());

forEach

Stream 提供了新的方法 ‘forEach’ 來迭代流中的每個資料。以下程式碼片段使用 forEach 輸出了10個隨機數:

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

map

map 方法用於對映每個元素到對應的結果,以下程式碼片段使用 map 輸出了元素對應的平方數:

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5); // 獲取對應的平方數 List<Integer> squaresList = numbers.stream().map( i -> i*i).distinct().collect(Collectors.toList());

filter

filter 方法用於通過設定的條件過濾出元素。以下程式碼片段使用 filter 方法過濾出空字串:

List<String>strings = Arrays.asList(“abc“, ““, “bc“, “efg“, “abcd“,““, “jkl“); // 獲取空字串的數量 int count= strings.stream().filter(string -> string.isEmpty()).count();

limit

limit 方法用於獲取指定數量的流。 以下程式碼片段使用 limit 方法列印出 10 條資料:

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

sorted

sorted 方法用於對流進行排序。以下程式碼片段使用 sorted 方法對輸出的 10 個隨機數進行排序:

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

並行(parallel)程式

parallelStream 是流並行處理程式的代替方法。以下例項我們使用 parallelStream 來輸出空字串的數量:

List<String> strings = Arrays.asList(“abc“, ““, “bc“, “efg“, “abcd“,““, “jkl“); // 獲取空字串的數量 intcount = strings.parallelStream().filter(string -> string.isEmpty()).count();

我們可以很容易的在順序執行和並行直接切換。

Collectors

Collectors 類實現了很多歸約操作,例如將流轉換成集合和聚合元素。Collectors 可用於返回列表或字串:

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(“篩選列表: “ + filtered);
String mergedString = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).collect(Collectors.joining(“, “)); System.out.println(“合併字串: “ + mergedString);

統計

另外,一些產生統計結果的收集器也非常有用。它們主要用於int、double、long等基本型別上,它們可以用來產生類似如下的統計結果。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
IntSummaryStatistics stats = integers.stream().mapToInt((x) -> x).summaryStatistics();
System.out.println(“列表中最大的數 : “ + stats.getMax());
System.out.println(“列表中最小的數 : “ + stats.getMin());
System.out.println(“所有數之和 : “ + stats.getSum());
System.out.println(“平均數 : “ + stats.getAverage());

Stream 完整例項

將以下程式碼放入 Java8Tester.java 檔案中:

Java8Tester.java 檔案

package org.java.base.stream;
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: “);

// 計算空字串
List<String> strings = Arrays.asList(“abc”, “”, “bc”, “efg”, “abcd”,””, “jkl”);
System.out.println(“列表: ” +strings);
long count = getCountEmptyStringUsingJava7(strings);

System.out.println(“空字元數量為: ” + count);
count = getCountLength3UsingJava7(strings);

System.out.println(“字串長度為 3 的數量為: ” + count);

// 刪除空字串
List<String> filtered = deleteEmptyStringsUsingJava7(strings);
System.out.println(“篩選後的列表: ” + filtered);

// 刪除空字串,並使用逗號把它們合併起來
String mergedString = getMergedStringUsingJava7(strings,”, “);
System.out.println(“合併字串: ” + mergedString);
List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);

// 獲取列表元素平方數
List<Integer> squaresList = getSquares(numbers);
System.out.println(“平方數列表: ” + squaresList);
List<Integer> integers = Arrays.asList(1,2,13,4,15,6,17,8,19);

System.out.println(“列表: ” +integers);
System.out.println(“列表中最大的數 : ” + getMax(integers));
System.out.println(“列表中最小的數 : ” + getMin(integers));
System.out.println(“所有數之和 : ” + getSum(integers));
System.out.println(“平均數 : ” + getAverage(integers));
System.out.println(“隨機數: “);

// 輸出10個隨機數
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(“空字串數量為: ” + count);

count = strings.stream().filter(string -> string.length() == 3).count();
System.out.println(“字串長度為 3 的數量為: ” + count);

filtered = strings.stream().filter(string ->!string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());
System.out.println(“篩選後的列表: ” + filtered);

mergedString = strings.stream().filter(string ->!string.isEmpty()).collect(Collectors.joining(“, “));
System.out.println(“合併字串: ” + 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(“列表中最大的數 : ” + stats.getMax());
System.out.println(“列表中最小的數 : ” + stats.getMin());
System.out.println(“所有數之和 : ” + stats.getSum());
System.out.println(“平均數 : ” + stats.getAverage());
System.out.println(“隨機數: “);

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

// 並行處理
count = strings.parallelStream().filter(string -> string.isEmpty()).count();
System.out.println(“空字串的數量為: ” + 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();
}
}

執行以上指令碼,輸出結果為:

$ javac Java8Tester.java 
$ java Java8Tester
使用 Java 7: 
列表: [abc, , bc, efg, abcd, , jkl]
空字元數量為: 2
字串長度為 3 的數量為: 3
篩選後的列表: [abc, bc, efg, abcd, jkl]
合併字串: abc, bc, efg, abcd, jkl
平方數列表: [9, 4, 49, 25]
列表: [1, 2, 13, 4, 15, 6, 17, 8, 19]
列表中最大的數 : 19
列表中最小的數 : 1
所有數之和 : 85
平均數 : 9
隨機數: 
-393170844
-963842252
447036679
-1043163142
-881079698
221586850
-1101570113
576190039
-1045184578
1647841045
使用 Java 8: 
列表: [abc, , bc, efg, abcd, , jkl]
空字串數量為: 2
字串長度為 3 的數量為: 3
篩選後的列表: [abc, bc, efg, abcd, jkl]
合併字串: abc, bc, efg, abcd, jkl
Squares List: [9, 4, 49, 25]
列表: [1, 2, 13, 4, 15, 6, 17, 8, 19]
列表中最大的數 : 19
列表中最小的數 : 1
所有數之和 : 85
平均數 : 9.444444444444445
隨機數: 
-1743813696
-1301974944
-1299484995
-779981186
136544902
555792023
1243315896
1264920849
1472077135
1706423674
空字串的數量為: 2複製程式碼


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