此流非彼流——Stream詳解

說故事的五公子發表於2021-01-20

Stream是什麼？

Java從8開始，不但引入了Lambda表示式，還引入了一個全新的流式API：Stream API。它位於java.util.stream包中。

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和IO包下的InputStream和OutputStream一樣嗎？

劃重點：這個Stream不同於java.io的InputStream和OutputStream，它代表的是任意Java物件的序列。兩者對比如下：

	java.io	java.util.stream
儲存	順序讀寫的`byte`或`char`	順序輸出的任意Java物件例項
用途	序列化至檔案或網路	記憶體計算／業務邏輯

這時候大家可能又有疑問了，那麼既然是順序輸出的任意Java物件例項，那麼和List集合不就相同了嗎？

再次劃重點：這個Stream和List也不一樣，List儲存的每個元素都是已經儲存在記憶體中的某個Java物件，而Stream輸出的元素可能並沒有預先儲存在記憶體中，而是實時計算出來的。

換句話說，List的用途是操作一組已存在的Java物件，而Stream實現的是惰性計算，兩者對比如下：

java.util.List	java.util.stream
元素	已分配並儲存在記憶體	可能未分配，實時計算
用途	操作一組已存在的Java物件	惰性計算

關於惰性計算在下面的章節中可以看到。

Stream特點

Stream介面還包含幾個基本型別的子介面如IntStream, LongStream 和 DoubleStream。

特點：

不儲存資料：流是基於資料來源的物件，它本身不儲存資料元素，而是通過管道將資料來源的元素傳遞給操作。
函數語言程式設計：流的操作不會修改資料來源，例如filter不會將資料來源中的資料刪除。
延遲操作：流的很多操作如filter,map等中間操作是延遲執行的，只有到終點操作才會將操作順序執行。
純消費：流的元素只能訪問一次，類似Iterator，操作沒有回頭路，如果你想從頭重新訪問流的元素，對不起，你得重新生成一個新的流。

Stream的建立

Stream的建立有多種方式，下面給大家一一列舉出來

1、Stream.of()

這種方式一般不常用的，但是測試的時候比較方便

import java.util.stream.Stream;

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("1", "2", "3", "4");
        //forEach()方法相當於內部迴圈呼叫
        //引數的寫法是Lambda表示式
        stream.forEach(s -> System.out.println(s));
    }
}

關於Lambda表示式，在我的這篇部落格中有詳細介紹，感興趣的朋友可以去看一下

2、基於陣列或者Collection

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Stream;

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream1 = Arrays.stream(new String[] { "1", "2", "3" });
        Stream<String> stream2 = List.of("X", "Y", "Z").stream();
        stream1.forEach(System.out::println);
        stream2.forEach(System.out::println);
    }
}

這兩種建立Stream的方式是我們工作中經常會用到的方式，藉助Stream（轉化、聚合等方法）可以幫助我們更方便的去輸出我們想要的結果

3、其他方式

使用流的靜態方法，比如Stream.of(Object[]), IntStream.range(int, int) 或者 Stream.iterate(Object, UnaryOperator)，如Stream.iterate(0, n -> n * 2)，或者generate(Supplier<T> s)如Stream.generate(Math::random)。
BufferedReader.lines()從檔案中獲得行的流。
Files類的操作路徑的方法，如list、find、walk等。
隨機數流Random.ints()。
其它一些類提供了建立流的方法，如BitSet.stream(), Pattern.splitAsStream(java.lang.CharSequence), 和 JarFile.stream()。
更底層的使用StreamSupport，它提供了將Spliterator轉換成流的方法。

Stream常用API（中間操作）

還記得我們在前面介紹Stream的時候提到了一個惰性計算。惰性計算的特點是：一個Stream轉換為另一個Stream時，實際上只儲存了轉換規則，並沒有任何計算髮生。中間操作會返回一個新的流，它不會修改原始的資料來源，而且是由在終點操作開始的時候才真正開始執行。

1、distinct

distinct保證輸出的流中包含唯一的元素，它是通過Object.equals(Object)來檢查是否包含相同的元素。

import java.util.stream.Stream;

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("a", "b", "c", "b","c","d").distinct();
        stream.forEach(System.out::println);
    }
}

//輸出結果
a
b
c
d

2、filter

從字面看是過濾的意思，過濾掉不滿足條件的資料

import java.util.stream.IntStream;

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        IntStream stream = IntStream.range(1, 10).filter(i -> i % 2 == 0); //filter中的引數是過濾條件 
        stream.forEach(System.out::println);
    }
}

//輸出結果
2
4
6
8

3、map

map方法可以將流中的值對映成另外的值，比如將字串全部轉化成小寫

import java.util.stream.Stream;

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("Hello WORLD HELLO Life").map(s -> s.toLowerCase()); 
        stream.forEach(System.out::println);
    }
}

//輸出結果
hello world hello life

從輸出結果我們可以看到，字串全部轉化成小寫字元了

4、limit

limit方法指定流的元素數列，類似於Mysql中的limit方法

import java.util.stream.Stream;

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("1", "2", "3", "4", "5", "6").limit(3); //取三條
        stream.forEach(System.out::println);
    }
}

// 輸出結果
1
2
3

5、peek

import java.util.stream.Stream;

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("Hello WORLD HELLO Life").peek(s -> {
            String peek = s.toLowerCase();
            System.out.println(peek);
        });
        stream.forEach(System.out::println);
    }
}

//輸出結果
hello world hello life
Hello WORLD HELLO Life

有沒有發現出一些東西？

我們將這段程式碼用上面的map方法實現一下

import java.util.stream.Stream;

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("Hello WORLD HELLO Life").map(s -> {
            String peek = s.toLowerCase();
            System.out.println(peek);
            return peek;
        });
        stream.forEach(System.out::println);
    }
}

// 輸出結果
hello world hello life
hello world hello life

peek方法的定義如下：

Stream<T> peek(Consumer<? super T> action);

peek方法接收一個Consumer的入參。瞭解λ表示式的應該明白 Consumer的實現類應該只有一個方法，該方法返回型別為void。

而map方法的入參為 Function。

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

我們發現Function 比 Consumer 多了一個 return。這也就是peek 與 map的區別了。

6、skip

skip返回丟棄了前n個元素的流，如果流中的元素小於或者等於n，則返回空的流。

7、sorted

sorted()將流中的元素按照自然排序方式進行排序

import java.util.stream.Stream;

public class QueryTest {

    public static void main(String[] args) {

        //自定義排序
        customSort();
        //自然排序
        naturalSort();

    }

    public static void customSort() {
        Stream stream = Stream.of("hello", "I", "love", "you").sorted((str1, str2) -> {
            // 自定義排序規則
            if (str1 == null) {
                return -1;
            }
            if (str2 == null) {
                return 1;
            }
            return str1.length() - str2.length();
        });
        System.out.println("-----------自定義排序-----------");
        stream.forEach(System.out::println);
    }

    public static void naturalSort() {
        Stream<String> stream = Stream.of("hello", "I", "love", "you").sorted();
        System.out.println("-----------自然排序------------");
        stream.forEach(System.out::println);
    }

}

// 輸出結果
-----------自定義排序-----------
I
you
love
hello
-----------自然排序------------
I
hello
love
you

如果我們直接呼叫sorted()方法，那麼將按照自然排序，如果我們希望元素按照我們想要的結果來排序，需要自定義排序方法，sorted(Comparator<? super T> comparator)可以指定排序的方式。如果元素沒有實現Comparable，則終點操作執行時會丟擲java.lang.ClassCastException異常。

Stream常用API（終點操作）

1、max、min、count

max：獲取最大值

min：獲取最小值

count：返回流的數量

2、reduce

reduce操作可以實現從一組元素中生成一個值，max()、min()、count()等都是reduce操作，將他們單獨設為函式只是因為常用。reduce()的方法定義有三種重寫形式：

Optional<T> reduce(BinaryOperator<T> accumulator)
T reduce(T identity, BinaryOperator<T> accumulator)
<U> U reduce(U identity, BiFunction<U,? super T,U> accumulator, BinaryOperator<U> combiner)

3、count

獲取Stream數量

package com.mybatisplus;

import java.util.stream.Stream;

public class QueryTest {

    public static void main(String[] args) {
        long count = Stream.of("a", "b", "A", "a", "c", "a").count();
        System.out.println(count);
    }

}

//輸出結果  6

4、Match

anyMatch表示，判斷的條件裡，任意一個元素成功，返回true

allMatch表示，判斷條件裡的元素，所有的都是，返回true

noneMatch跟allMatch相反，判斷條件裡的元素，所有的都不是，返回true

package com.mybatisplus;

import java.util.stream.Stream;

public class QueryTest {

    public static void main(String[] args) {
        boolean b1 = Stream.of("a", "b", "A", "a", "c", "a").anyMatch(str -> str.equals("a"));
        boolean b2 = Stream.of("a", "b", "A", "a", "c", "a").allMatch(str -> str.equals("a"));
        boolean b3 = Stream.of("a", "b", "A", "a", "c", "a").noneMatch(str -> str.equals("a"));

        System.out.println("b1 = " + b1);
        System.out.println("b2 = " + b2);
        System.out.println("b3 = " + b3);
    }

}

// 輸出結果
b1 = true
b2 = false
b3 = false

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