Java 函數語言程式設計（三）流（Stream）

微笑面對生活發表於2019-03-03
Java函數程式設計

本文已授權”後端技術精選”獨家釋出。

流使程式猿可以在抽象層上對集合進行操作。

從外部迭代到內部迭代

什麼是外部迭代和內部迭代呢？

個人認為，外和內是相對集合程式碼而言。

如果迭代的業務執行在應用程式碼中，稱之為外部迭代。

反之，迭代的業務執行在集合程式碼中，稱為內部迭代（函數語言程式設計）。

語言描述可能有點抽象，下面看例項。

1. 外部迭代

呼叫itrator方法，產生一個新的Iterator物件，進而控制整個迭代過程。

for (Student student:list){
    if (student.getAge()>18){
        result++;
    }
}
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我們都知道，for其實底層使用的迭代器：

Iterator<Student> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()){
    Student student = iterator.next();
    if (student.getAge()>18){
        result++;
    }
}
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上面的迭代方法就是外部迭代。

外部迭代缺點：
  1. 很難抽象出複雜操作
  2. 本質上講是序列化操作。

2. 內部迭代

返回內部迭代中的響應介面：Stream

long count = list.stream().filter(student -> student.getAge() > 18).count();
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整個過程被分解為：過濾和計數。

要注意：返回的Stream物件不是一個新集合，而是建立新集合的配方。

2.1 惰性求值和及早求值

像filter這樣值描述Stream，最終不產生新集合的方法叫做惰性求值。
像count這樣最終會從Stream產生值的方法叫做及早求值。

判斷一個操作是惰性操作還是及早求值，只需看它的返回值。如果返回值是Stream，那麼是惰性求值；如果返回值是另一個值或者為空，那就是及早求值。這些操作的理想方式就是形成一個惰性求值的鏈，最後用一個及早求值的操作返回想要的結果。

整個過程跟建造者模式很像，使用一系列的操作後最後呼叫build方法才返回真正想要的物件。設計模式快速學習（四）建造者模式

那這個過程有什麼好處呢：可以在集合類上級聯多種操作，但迭代只需要進行一次。

3. 常用操作

3.1 collect(toList()) 及早求值

collect(toList())方法由Stream裡的值生成一個列表，是一個及早求值操作。

List<String> collect = Stream.of("a", "b", "c").collect(Collectors.toList());
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Stream.of("a", "b", "c")首先由列表生成一個Stream物件，然後collect(Collectors.toList())生成List物件。

3.2 map

map可以將一種型別的值轉換成另一種型別。

List<String> streamMap = Stream.of("a", "b", "c").map(String -> String.toUpperCase()).collect(Collectors.toList());
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map(String -> String.toUpperCase())將返回所有字母的大寫字母的Stream物件，collect(Collectors.toList())返回List。

3.3 filter過濾器

遍歷並檢查其中的元素時，可用filter

List<String> collect1 = Stream.of("a", "ab", "abc")
        .filter(value -> value.contains("b"))
        .collect(Collectors.toList());
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3.4 flatMap

如果有一個包含了多個集合的物件希望得到所有數字的集合，我們可以用flatMap

List<Integer> collect2 = Stream.of(asList(1, 2), asList(3, 4))
        .flatMap(Collection::stream)
        .collect(Collectors.toList());
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Stream.of(asList(1, 2), asList(3, 4))將每個集合轉換成Stream物件，然後.flatMap處理成新的Stream物件。

3.5 max和min

看名字就知道，最大值和最小值。

Student student1 = list.stream()
        .min(Comparator.comparing(student -> student.getAge()))
        .get();
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java8提供了一個Comparator靜態方法，可以藉助它實現一個方便的比較器。其中Comparator.comparing(student -> student.getAge()可以換成Comparator.comparing(Student::getAge)成為更純粹的lambda。max同理。

3.6 reduce

reduce操作可以實現從一組值中生成一個值，在上述例子中用到的count、min、max方法事實上都是reduce操作。

Integer reduce = Stream.of(1, 2, 3).reduce(0, (acc, element) -> acc + element);
System.out.println(reduce);

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複製程式碼

上面的例子使用reduce求和，0表示起點，acc表示累加器，儲存著當前累加結果（每一步都將stream中的元素累加至acc），element是當前元素。

4. 操作整合

  1. collect(toList())方法由Stream裡的值生成一個列表
  2. map可以將一種型別的值轉換成另一種型別。
  3. 遍歷並檢查其中的元素時，可用filter
  4. 如果有一個包含了多個集合的物件希望得到所有數字的集合，我們可以用flatMap
  5. max和min
  6. reduce（不常用）

5. 鏈式操作實戰

List<Student> students = new ArrayList<>();
students.add(new Student("Fant.J",18));
students.add(new Student("小明",19));
students.add(new Student("小王",20));
students.add(new Student("小李",22));
List<Class> classList = new ArrayList<>();
classList.add(new Class(students,"1601"));
classList.add(new Class(students,"1602"));
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    static class Student{
        private String name;
        private Integer age;
        getter and setter ...and construct ....
    }

    static class Class{
        private List<Student> students;
        private String className;
        getter and setter ...and construct ....
    }
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這是我們的資料和關係–班級和學生，現在我想要找名字以小開頭的學生，用stream鏈式操作：

List<String> list= students.stream()
                            .filter(student -> student.getAge() > 18)
                            .map(Student::getName)
                            .collect(Collectors.toList());
複製程式碼
[小明, 小王, 小李]
複製程式碼

這是一個簡單的students物件的Stream的鏈式操作實現，那如果我想要在許多個class中查詢年齡大於18的物件呢？

6. 實戰提升

在許多個class中查詢年齡大於18的名字並返回集合。

原始程式碼：

        List<String> nameList = new ArrayList<>();
        for (Class c:classList){
            for (Student student:c.getStudents()){
                if (student.getAge()>18){
                    String name = student.getName();
                    nameList.add(name);
                }
            }
        }

        System.out.println(nameList);
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鏈式流程式碼：
如果讓你去寫，你可能會classList.stream().forEach(aClass -> aClass.getStudents().stream())....去實現？

我剛開始就是這樣無腦幹的，後來我緩過神來，想起foreach是一個及早求值操作，而且返回值是void，這樣的開頭就註定了沒有結果，然後仔細想想，flatMap不是用來處理不是一個集合的流嗎，好了，就有了下面的程式碼。

List<String> collect = classList.stream()
        .flatMap(aclass -> aclass.getStudents().stream())
        .filter(student -> student.getAge() > 18)
        .map(Student::getName)
        .collect(toList());
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原始程式碼和流鏈式呼叫相比，有以下缺點：

  1. 程式碼可讀性差，隱匿了真正的業務邏輯
  2. 需要設定無關變數來儲存中間結果
  3. 效率低，每一步都及早求值生成新集合
  4. 難於並行化處理

7. 高階函式及注意事項

高階函式是指接受另外一個函式作為引數，或返回一個函式的函式。如果函式的函式裡包含介面或返回一個介面，那麼該函式就是高階函式。

Stream介面中幾乎所有的函式都是高階函式。比如：Comparing 接受一個函式作為引數，然後返回Comparator介面。

Student student = list.stream().max(Comparator.comparing(Student::getAge)).get();

public interface Comparator<T> {}
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foreach方法也是高階函式：

void forEach(Consumer<? super T> action);

public interface Consumer<T> {}
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除了以上還有一些類似功能的高階函式外，不建議將lambda表示式傳給Stream上的高階函式，因為大部分的高階函式這樣用會有一些副作用：給變數賦值。區域性變數給成員變數賦值，導致很難察覺。

這裡拿ActionEvent舉例子：

Java 函數語言程式設計（三）流（Stream）

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