java -- Stream流

注意：Stream和IO流(InputStream/OutputStream)没有任何关系，请暂时忘记对传统IO流的固有印象

传统集合的多步遍历代码

几乎所有的集合（如Collection接口或Map接口等）都支持直接或间接的遍历操作。而当我们需要对集合中的元素进行操作的时候，除了必需的添加、删除、获取外，最典型的就是集合遍历。例如：

public class Demo10ForEach {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("张无忌");
        list.add("周芷若");
        list.add("赵敏");
        list.add("张强");
        list.add("张三丰");
        for (String name : list) {
          	System.out.println(name);
        }
    }  
}

这是一段非常简单的集合遍历操作：对集合中的每一个字符串都进行打印输出操作。

循环遍历的弊端

Java 8的Lambda让我们可以更加专注于做什么（What），而不是怎么做（How），这点此前已经结合内部类进行了对比说明。现在，我们仔细体会一下上例代码，可以发现：

• for循环的语法就是“怎么做”
• for循环的循环体才是“做什么”

为什么使用循环？因为要进行遍历。但循环是遍历的唯一方式吗？遍历是指每一个元素逐一进行处理，而并不是从第一个到最后一个顺次处理的循环。前者是目的，后者是方式。

试想一下，如果希望对集合中的元素进行筛选过滤：

1. 将集合A根据条件一过滤为子集B；
2. 然后再根据条件二过滤为子集C。

那怎么办？在Java 8之前的做法可能为：

这段代码中含有三个循环，每一个作用不同：

1. 首先筛选所有姓张的人；
2. 然后筛选名字有三个字的人；
3. 最后进行对结果进行打印输出。

public class Demo11NormalFilter {
  	public static void main(String[] args) {
      	List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("张无忌");
        list.add("周芷若");
        list.add("赵敏");
        list.add("张强");
        list.add("张三丰");

        List<String> zhangList = new ArrayList<>();
        for (String name : list) {
            if (name.startsWith("张")) {
              	zhangList.add(name);
            }
        }

        List<String> shortList = new ArrayList<>();
        for (String name : zhangList) {
            if (name.length() == 3) {
              	shortList.add(name);
            }
        }

        for (String name : shortList) {
          	System.out.println(name);
        }
    }
}

每当我们需要对集合中的元素进行操作的时候，总是需要进行循环、循环、再循环。这是理所当然的么？不是。循环是做事情的方式，而不是目的。另一方面，使用线性循环就意味着只能遍历一次。如果希望再次遍历，只能再使用另一个循环从头开始。

那，Lambda的衍生物Stream能给我们带来怎样更加优雅的写法呢？

Stream的更优写法

下面来看一下借助Java 8的Stream API，什么才叫优雅：

public class Demo12StreamFilter {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("张无忌");
        list.add("周芷若");
        list.add("赵敏");
        list.add("张强");
        list.add("张三丰");

        list.stream()
          	.filter(s -> s.startsWith("张"))
            .filter(s -> s.length() == 3)
            .forEach(s -> System.out.println(s));
    }
}

直接阅读代码的字面意思即可完美展示无关逻辑方式的语义：获取流、过滤姓张、过滤长度为3、逐一打印。代码中并没有体现使用线性循环或是其他任何算法进行遍历，我们真正要做的事情内容被更好地体现在代码中。

获取流方式

java.util.stream.Stream<T>是Java 8新加入的最常用的流接口。（这并不是一个函数式接口。）

获取一个流非常简单，有以下几种常用的方式：

• 所有的Collection集合都可以通过stream默认方法获取流；
• Stream接口的静态方法of可以获取数组对应的流。

方式1 : 根据Collection获取流

首先，java.util.Collection接口中加入了default方法stream用来获取流，所以其所有实现类均可获取流。

import java.util.*;
import java.util.stream.Stream;
/*
    获取Stream流的方式

    1.Collection中 方法
        Stream stream()
    2.Stream接口 中静态方法
        of(T...t) 向Stream中添加多个数据
 */
public class Demo13GetStream {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        // ...
        Stream<String> stream1 = list.stream();

        Set<String> set = new HashSet<>();
        // ...
        Stream<String> stream2 = set.stream();
    }
}

方式2: 根据数组获取流

如果使用的不是集合或映射而是数组，由于数组对象不可能添加默认方法，所以Stream接口中提供了静态方法of，使用很简单：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo14GetStream {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = { "张无忌", "张翠山", "张三丰", "张一元" };
        Stream<String> stream = Stream.of(array);
    }
}

备注：of方法的参数其实是一个可变参数，所以支持数组。

常用方法

流模型的操作很丰富，这里介绍一些常用的API。这些方法可以被分成两种：

• 终结方法：返回值类型不再是Stream接口自身类型的方法，因此不再支持类似StringBuilder那样的链式调用。本小节中，终结方法包括count和forEach方法。
• 非终结方法：返回值类型仍然是Stream接口自身类型的方法，因此支持链式调用。（除了终结方法外，其余方法均为非终结方法。）

备注：本小节之外的更多方法，请自行参考API文档。

forEach : 逐一处理

虽然方法名字叫forEach，但是与for循环中的“for-each”昵称不同，该方法并不保证元素的逐一消费动作在流中是被有序执行的。

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

该方法接收一个Consumer接口函数，会将每一个流元素交给该函数进行处理。例如：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo15StreamForEach {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream =  Stream.of("大娃","二娃","三娃","四娃","五娃","六娃","七娃","爷爷","蛇精","蝎子精");
        //Stream<String> stream = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
        stream.forEach((String str)->{System.out.println(str);});
    }
}

在这里，lambda表达式(String str)->{System.out.println(str);}就是一个Consumer函数式接口的示例。

filter：过滤

可以通过filter方法将一个流转换成另一个子集流。方法声明：

Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);

该接口接收一个Predicate函数式接口参数（可以是一个Lambda）作为筛选条件。
基本使用

Stream流中的filter方法基本使用的代码如：

public class Demo16StreamFilter {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
        Stream<String> result = original.filter((String s) -> {return s.startsWith("张");});
    }
}

在这里通过Lambda表达式来指定了筛选的条件：必须姓张。

count：统计个数

正如旧集合Collection当中的size方法一样，流提供count方法来数一数其中的元素个数：

long count();

该方法返回一个long值代表元素个数（不再像旧集合那样是int值）。基本使用：

public class Demo17StreamCount {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
        Stream<String> result = original.filter(s -> s.startsWith("张"));
        System.out.println(result.count()); // 2
    }
}

limit：取用前几个limit方法可以对流进行截取，只取用前n个。方法签名：

Stream<T> limit(long maxSize):获取Stream流对象中的前n个元素,返回一个新的Stream流对象

参数是一个long型，如果集合当前长度大于参数则进行截取；否则不进行操作。
基本使用：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo18StreamLimit {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
        Stream<String> result = original.limit(2);
        System.out.println(result.count()); // 2
    }
}

skip：跳过前几个

如果希望跳过前几个元素，可以使用skip方法获取一个截取之后的新流：

Stream<T> skip(long n): 跳过Stream流对象中的前n个元素,返回一个新的Stream流对象

如果流的当前长度大于n，则跳过前n个；否则将会得到一个长度为0的空流。
基本使用：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo19StreamSkip {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
        Stream<String> result = original.skip(2);
        System.out.println(result.count()); // 1
    }
}

concat：组合

如果有两个流，希望合并成为一个流，那么可以使用Stream接口的静态方法concat：

static <T> Stream<T> concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b): 把参数列表中的两个Stream流对象a和b,合并成一个新的Stream流对象

备注：这是一个静态方法，与java.lang.String当中的concat方法是不同的。

该方法的基本使用代码如：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo20StreamConcat {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> streamA = Stream.of("张无忌");
        Stream<String> streamB = Stream.of("张翠山");
        Stream<String> result = Stream.concat(streamA, streamB);
    }
}

distinct:去重

如果需要去除重复数据，可以使用 distinct方法。方法签名：

Stream<T> distinct()

基本使用:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
      Stream.of(22, 33, 22, 11, 33)
                .distinct()
                .forEach(s-> System.out.println(s));

    }
}

map:映射

如果需要将流中的元素映射到另一个流中，可以使用 map方法。方法签名：

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

该接口需要一个 Function函数式接口参数，可以将当前流中的T类型数据转换为另一种R类型的流。
基本使用:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> original = Stream.of("11", "22", "33");
        Stream<Integer> result = original.map(Integer::parseInt);
        result.forEach(s -> System.out.println(s + 10));

    }
}

练习

现在有两个ArrayList集合存储队伍当中的多个成员姓名，要求使用传统的for循环（或增强for循环）依次进行以下若干操作步骤：

1. 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
2. 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
3. 第二个队伍只要姓张的成员姓名；
4. 第二个队伍筛选之后不要前2个人；
5. 将两个队伍合并为一个队伍；
6. 打印整个队伍的姓名信息。

两个队伍（集合）的代码如下：

public class Demo21ArrayListNames {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> one = new ArrayList<>();
        one.add("迪丽热巴");
        one.add("宋远桥");
        one.add("苏星河");
        one.add("老子");
        one.add("庄子");
        one.add("孙子");
        one.add("洪七公");

        List<String> two = new ArrayList<>();
        two.add("古力娜扎");
        two.add("张无忌");
        two.add("张三丰");
        two.add("赵丽颖");
        two.add("张二狗");
        two.add("张天爱");
        two.add("张三");
		// ....
    }
}

传统方式

使用for循环 , 示例代码:

public class Demo22ArrayListNames {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> one = new ArrayList<>();
        // ...

        List<String> two = new ArrayList<>();
        // ...

        // 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
        List<String> oneA = new ArrayList<>();
        for (String name : one) {
            if (name.length() == 3) {
                oneA.add(name);
            }
        }

        // 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
        List<String> oneB = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            oneB.add(oneA.get(i));
        }

        // 第二个队伍只要姓张的成员姓名；
        List<String> twoA = new ArrayList<>();
        for (String name : two) {
            if (name.startsWith("张")) {
                twoA.add(name);
            }
        }

        // 第二个队伍筛选之后不要前2个人；
        List<String> twoB = new ArrayList<>();
        for (int i = 2; i < twoA.size(); i++) {
            twoB.add(twoA.get(i));
        }

        // 将两个队伍合并为一个队伍；
        List<String> totalNames = new ArrayList<>();
        totalNames.addAll(oneB);
        totalNames.addAll(twoB);        

        // 打印整个队伍的姓名信息。
        for (String name : totalNames) {
            System.out.println(name);
        }
    }
}

运行结果为：

宋远桥
苏星河
洪七公
张二狗
张天爱
张三

Stream方式

等效的Stream流式处理代码为：

public class Demo23StreamNames {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> one = new ArrayList<>();
        // ...

        List<String> two = new ArrayList<>();
        // ...

        // 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
        // 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
        Stream<String> streamOne = one.stream().filter(s -> s.length() == 3).limit(3);

        // 第二个队伍只要姓张的成员姓名；
        // 第二个队伍筛选之后不要前2个人；
        Stream<String> streamTwo = two.stream().filter(s -> s.startsWith("张")).skip(2);

        // 将两个队伍合并为一个队伍；
        // 根据姓名创建Person对象；
        // 打印整个队伍的Person对象信息。
        Stream.concat(streamOne, streamTwo).forEach(s->System.out.println(s));
    }
}

运行效果完全一样：

宋远桥
苏星河
洪七公
张二狗
张天爱
张三

函数拼接与终结方法

在上述介绍的各种方法中，凡是返回值仍然为Stream接口的为函数拼接方法，它们支持链式调用；而返回值不再为Stream接口的为终结方法，不再支持链式调用。如下表所示：

Stream流中的结果到集合中

Stream流提供 collect方法，其参数需要一个 java.util.stream.Collector<T,A, R>接口对象来指定收集到哪 种集合中。java.util.stream.Collectors 类提供一些方法，可以作为 Collector`接口的实例：

• public static Collector<T, ?, List> toList()：转换为 List集合。
• public static Collector<T, ?, Set> toSet()：转换为 Set集合。

下面是这两个方法的基本使用代码

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("aa", "bb", "cc");
        //转换为list集合
        List<String> list = stream.collect(Collectors.toList());
        //转换为set集合
        Set<String> set = stream.collect(Collectors.toSet());
        //转换为ArrayList集合
        ArrayList<String> arrayList = stream.collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));
        //转换为HashSet集合
        HashSet<String> hashSet = stream.collect(Collectors.toCollection(HashSet::new));
    }

}

Stream流中的结果到数组中

Stream提供 toArray方法来将结果放到一个数组中，返回值类型是Object[]的：

Object[] toArray();

其使用场景如：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("aa", "bb", "cc");

        Object[] objects = stream.toArray();
        System.out.println(Arrays.toString(objects));

        String[] strings = stream.toArray(String[]::new);
        System.out.println(Arrays.toString(strings));
    }
}

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