Java8 Stream学习笔记

一、什么是Stream流（WHAT）

在Java中，集合和数组是我们经常会用到的数据结构，需要经常对他们做增、删、改、查、聚合、统计、过滤等操作。相比之下，关系型数据库中也同样有这些操作，但是在Java 8之前，集合和数组的处理并不是很便捷。

不过，这一问题在Java 8中得到了改善，Java 8 API添加了一个新的抽象称为流Stream，可以让你以一种声明的方式处理数据。Stream是Java 8新增的接口，Stream可以认为是一个高级版本的 Iterator。它代表着数据流，流中的数据元素的数量可以是有限的，也可以是无限的。

Stream作为java8的新特性，基于lambda表达式，是对集合对象功能的增强，它专注于对集合对象进行各种高效、便利的聚合操作或者大批量的数据操作，提高了编程效率和代码可读性。如果在项目中经常用到集合，遍历集合可以试下lambda表达式，经常还要对集合进行过滤和排序，Stream就派上用场了。

本文就来介绍下如何使用Stream。特别说明一下，关于Stream的性能及原理不是本文的重点，这里简单提一下：

Stream的原理：将要处理的元素看做一种流，流在管道中传输，并且可以在管道的节点上处理，包括过滤筛选、去重、排序、聚合等。元素流在管道中经过中间操作的处理，最后由最终操作得到前面处理的结果。

Stream 使用一种类似用 SQL 语句从数据库查询数据的直观方式来提供一种对 Java 集合运算和表达的高阶抽象。

Stream API可以极大提高Java程序员的生产力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。

这种风格将要处理的元素集合看作一种流，流在管道中传输，并且可以在管道的节点上进行处理，比如筛选，排序，聚合等。

Stream有以下特性及优点：

无存储。Stream不是一种数据结构，它只是某种数据源的一个视图，数据源可以是一个数组，Java容器或I/O channel等。

为函数式编程而生。对Stream的任何修改都不会修改背后的数据源，比如对Stream执行过滤操作并不会删除被过滤的元素，而是会产生一个不包含被过滤元素的新Stream。

惰式执行。Stream上的操作并不会立即执行，只有等到用户真正需要结果的时候才会执行。

可消费性。Stream只能被“消费”一次，一旦遍历过就会失效，就像容器的迭代器那样，想要再次遍历必须重新生成。

我们举一个例子，来看一下到底Stream可以做什么事情：

image.png

上面的例子中，获取一些带颜色塑料球作为数据源，首先过滤掉红色的、把它们融化成随机的三角形。再过滤器并删除小的三角形。最后计算出剩余图形的周长。

如上图，对于流的处理，主要有三种关键性操作：分别是流的创建、中间操作（intermediate operation）以及最终操作(terminal operation)。

二、为什么要使用Stream流(WHY)

那我们为什么要使用Stream流呢？什么场景下会使用到它呢？不会用它会死么？我先不试着去回答这些问题，我们来直接看一下Demo，这个Demo展示的是一些常见的场景下，原始的写法以及使用Stream流之后的写法，相信看完这个Demo之后大家对于上述的问题心中都会有自己的答案了，OK，show me the code:

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;

public class Java8Tester {
    public static void main(String args[]){
        System.out.println("使用 Java 7: ");

        // 计算空字符串
        List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
        System.out.println("列表: " +strings);
        long count = getCountEmptyStringUsingJava7(strings);

        System.out.println("空字符数量为: " + count);
        count = getCountLength3UsingJava7(strings);

        System.out.println("字符串长度为 3 的数量为: " + count);

        // 删除空字符串
        List<String> filtered = deleteEmptyStringsUsingJava7(strings);
        System.out.println("筛选后的列表: " + filtered);

        // 删除空字符串，并使用逗号把它们合并起来
        String mergedString = getMergedStringUsingJava7(strings,", ");
        System.out.println("合并字符串: " + mergedString);
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);

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

        System.out.println("列表: " +integers);
        System.out.println("列表中最大的数 : " + getMax(integers));
        System.out.println("列表中最小的数 : " + getMin(integers));
        System.out.println("所有数之和 : " + getSum(integers));
        System.out.println("平均数 : " + getAverage(integers));
        System.out.println("随机数: ");

        // 输出10个随机数
        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("空字符串数量为: " + count);

        count = strings.stream().filter(string -> string.length() == 3).count();
        System.out.println("字符串长度为 3 的数量为: " + count);

        filtered = strings.stream().filter(string ->!string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());
        System.out.println("筛选后的列表: " + filtered);

        mergedString = strings.stream().filter(string ->!string.isEmpty()).collect(Collectors.joining(", "));
        System.out.println("合并字符串: " + 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("列表中最大的数 : " + stats.getMax());
        System.out.println("列表中最小的数 : " + stats.getMin());
        System.out.println("所有数之和 : " + stats.getSum());
        System.out.println("平均数 : " + stats.getAverage());
        System.out.println("随机数: ");

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

        // 并行处理
        count = strings.parallelStream().filter(string -> string.isEmpty()).count();
        System.out.println("空字符串的数量为: " + 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();
    }
}

个人认为使用Stream的优势：

充分JDK库提供现有的API，代码写起来简洁优化，且减少逻辑错误的可能性
方便实现并发。在多核情况下，可以使用并行Stream API来发挥多核优势。在单核的情况下，我们自己写的for性能不比Stream API 差多少。

个人认为使用Stream的劣势：

调试的难度增大，但是可以通过打thread级别的断点来实现调试

总之，综合比较，推荐在做批量数据集处理的时候，在项目JDK版本允许的情况下（如果JDK版本小于8，先升级一下版本到8），尽量地去使用Java 8 Stream的特性，你的代码质量会有一个比较高的level的提升。

三、如何使用Stream流？(HOW)
使用Stream流分为三步：

创建Stream流
通过Stream流对象执行中间操作
执行最终操作，得到结果

image.png

创建Stream流

Java 8 JDK中为我们提供了多种方式来创建或转化成Stream流：

通过集合的stream()方法为集合创建串行流或者parallelStream()为集合创建并行流
使用流的静态方法，比如Stream.of(Object[]), IntStream.range(int, int) 或者 Stream.iterate(Object, UnaryOperator)。
通过Arrays.stream(Object[])方法。
BufferedReader.lines()从文件中获得行的流。
Files类的操作路径的方法，如list、find、walk等。
随机数流Random.ints()。
其它一些类提供了创建流的方法，如BitSet.stream(), Pattern.splitAsStream(java.lang.CharSequence), 和 JarFile.stream()。

最底层都是依赖底层的StreamSupport类来完成Stream创建。

通过已有的集合来创建流

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "HollisChuang", "hollis", "Hello", "HelloWorld", "Hollis");
Stream<String> stream = strings.stream();

通过一个已有的List创建一个流，这种通过集合创建出一个Stream的方式也是比较常用的一种方式。

通过Stream创建流
可以使用Stream类提供的方法，直接返回一个由指定元素组成的流。

Stream<String> stream = Stream.of("Hollis", "HollisChuang", "hollis", "Hello", "HelloWorld", "Hollis");

下面我们列举一些常见的创建流方式的Demo：

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        // 从集合创建，stream()返回的是串行流，parallelStream()返回的是并行流
        Stream<String> stream = list.stream();
        Stream<String> stream1 = list.parallelStream();

        // 从数组创建
        IntStream stream2 = Arrays.stream(new int[]{1, 2, 3});

        // 创建数字流
        IntStream intStream = IntStream.of(1, 2, 3);

        // 使用random创建包含3个随机数的流
        IntStream randomStream = new Random().ints().limit(3);
    }
}

中间操作

Stream有很多中间操作，多个中间操作可以连接起来形成一个流水线，每一个中间操作就像流水线上的一个工人，每人工人都可以对流进行加工，加工后得到的结果还是一个流。

image.png

怎么理解中间操作？意思是这样的：在上面我们已经能创建出Stream了，我们是对Stream进行操作，对Stream操作返回完返回的还是Stream，那么我们称这个操作为中间操作。

image.png

下表罗列了一些比较常用的中间操作函数：

函数	含义
filter	根据给定规则过滤元素
map	处理并转换元素
limit	限制输出结果的数目
skip	跳过前n个元素不处理
sorted	对流中的元素进行排序
distinct	根据eqals()方法移除重复的元素
flatMap	流格式转换
allMatch	匹配所有
anyMathc	匹配其中一个
noneMathc	全部不匹配

Filter

filter 方法用于通过设置的条件过滤出元素。

Filter示意图

以下代码片段使用 filter 方法过滤掉空字符串：

List<String> strings = Arrays.asList("A", "", "B", "C", "D");
strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).forEach(System.out::println);
//A, ,B, C, D

map

map 方法用于映射每个元素到对应的结果。

map

以下代码片段使用 map 输出了元素对应的平方数：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
numbers.stream().map( i -> i*i).forEach(System.out::println);
//9,4,4,9,49,9,25

limit/skip

limit 返回 Stream 的前面 n 个元素；skip 则是扔掉前 n 个元素。

以下代码片段使用 limit 方法保理4个元素：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
numbers.stream().limit(4).forEach(System.out::println);
//3,2,2,3

sorted

sorted 方法用于对流进行排序。以下代码片段使用 sorted 方法进行排序：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
numbers.stream().sorted().forEach(System.out::println);
//2,2,3,3,3,5,7

distinct

distinct主要用来去重，以下代码片段使用 distinct 对元素进行去重：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
numbers.stream().distinct().forEach(System.out::println);
//3,2,7,5

flatMap

flatMap用于流转换，将一个流中的每个值都转换为另一个流

List<String> wordList = Arrays.asList("Hello", "World");
List<String> strList = wordList.stream()
        .map(w -> w.split(" "))
        .flatMap(Arrays::stream)
        .distinct()
        .collect(Collectors.toList());

map(w -> w.split(" "))的返回值为Stream<String[]>，我们想获取Stream<String>，可以通过flatMap方法完成Stream ->Stream的转换

元素匹配

提供了三种匹配方式

1.allMatch匹配所有

List<Integer> integerList = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
if (integerList.stream().allMatch(i -> i > 3)) {
    System.out.println("值都大于3");
}

2.anyMatch匹配其中一个

List<Integer> integerList = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
if (integerList.stream().anyMatch(i -> i > 3)) {
    System.out.println("存在大于3的值");
}

3. noneMatch全部不匹配

List<Integer> integerList = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
if (integerList.stream().noneMatch(i -> i > 3)) {
    System.out.println("值都小于3");
}

接下来我们通过一个例子和一张图，来演示下，当一个Stream先后通过filter、map、sort、limit以及distinct处理后会发生什么。

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "HollisChuang", "hollis", "Hello", "HelloWorld", "Hollis");
Stream s = strings.stream().filter(string -> string.length()<= 6).map(String::length).sorted().limit(3)
            .distinct();

过程及每一步得到的结果如下图：

image.png

最终操作

一个流有且只能有一个终端操作，当这个操作执行后，流就被关闭了，无法再被操作，因此一个流只能被遍历一次，若想在遍历需要通过源数据在生成流。终端操作的执行，才会真正开始流的遍历。

Stream的中间操作得到的结果还是一个Stream，那么如何把一个Stream转换成我们需要的类型呢？比如计算出流中元素的个数、将流装换成集合等。这就需要最终操作（terminal operation）

下图总结了一些常用的最终操作：

函数	含义
forEach	对于每一个元素输出点什么
count	统计当前元素个数
collect	转化为某种集合数据类型

forEach

Stream 提供了方法 'forEach' 来迭代流中的每个数据。以下代码片段使用 forEach 输出了10个随机数：

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

count

count用来统计流中的元素个数。

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "HollisChuang", "hollis","Hollis666", "Hello", "HelloWorld", "Hollis");
System.out.println(strings.stream().count());
//7

collect

collect就是一个归约操作，可以接受各种做法作为参数，将流中的元素累积成一个汇总结果：

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "HollisChuang", "hollis","Hollis666", "Hello", "HelloWorld", "Hollis");
strings  = strings.stream().filter(string -> string.startsWith("Hollis")).collect(Collectors.toList());
System.out.println(strings);
//Hollis, HollisChuang, Hollis666, Hollis

couting

最后一种统计元素个数的方法在与collect联合使用的时候特别有用。

List<Integer> integerList = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
Long result = integerList.stream().collect(counting());

查找

findFirst

findFirst用于查找第一个

List<Integer> integerList = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
Optional<Integer> result = integerList.stream().filter(i -> i > 3).findFirst();

通过findFirst方法查找到第一个大于三的元素并打印

findAny

findAny用于找到任意一个

List<Integer> integerList = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
Optional<Integer> result = integerList.stream().filter(i -> i > 3).findAny();

通过findAny方法查找到其中一个大于三的元素并打印，因为内部进行优化的原因，当找到第一个满足大于三的元素时就结束，该方法结果和findFirst方法结果一样。提供findAny方法是为了更好的利用并行流。

reduce

reduce用于将流中的元素组合起来。

下面我们看一个Demo：

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

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

reduce接受两个参数，一个初始值这里是0，一个BinaryOperator<T> accumulator来将两个元素结合起来产生一个新值，另外reduce方法还有一个没有初始化值的重载方法。

joining

通过joining拼接流中的元素

String result = menu.stream().map(Dish::getName).collect(Collectors.joining(", "));

默认如果不通过map方法进行映射处理拼接的toString方法返回的字符串，joining的方法参数为元素的分界符，如果不指定生成的字符串将是一串的，可读性不强。

获取流中最小最大值

通过min/max获取最小最大值

Optional<Integer> min = menu.stream().map(Dish::getCalories).min(Integer::compareTo);
Optional<Integer> max = menu.stream().map(Dish::getCalories).max(Integer::compareTo);

toMap

将结果转化为map。为了介绍用方法，下面我们看一个例子：
UserBo.java

class UserBo{
    private int UserId;
    private String UserName;
    public UserBo(int userId, String userName) {
        super();
        UserId = userId;
        UserName = userName;
    }
    public int getUserId() {
        return UserId;
    }
    public void setUserId(int userId) {
        UserId = userId;
    }
    public String getUserName() {
        return UserName;
    }
    public void setUserName(String userName) {
        UserName = userName;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "UserBo [UserId=" + UserId + ", UserName=" + UserName + "]";
    }     
}

public class ToMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        List<UserBo> list = new ArrayList<>();
        list.add(new UserBo(100, "Mohan"));
        list.add(new UserBo(100, "Sohan"));
        list.add(new UserBo(300, "Mahesh"));
        Map<Integer, Object> map = list.stream().collect(Collectors.toMap(UserBo::getUserId, v -> v, (k, v) -> k));
        map.forEach((k, v) -> System.out.println("Key: " + k + ", value: " + v));
    }
}

输出：
·```java
Key: 100, value: UserBo(UserId=100, UserName=Mohan)
Key: 300, value: UserBo(UserId=300, UserName=Mahesh)

修改代码：
```java
public class ToMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        List<UserBo> list = new ArrayList<>();
        list.add(new UserBo(100, "Mohan"));
        list.add(new UserBo(100, "Sohan"));
        list.add(new UserBo(300, "Mahesh"));
        Map<Integer, Object> map = list.stream().collect(Collectors.toMap(UserBo::getUserId, v -> v, (k, v) -> v));
        map.forEach((k, v) -> System.out.println("Key: " + k + ", value: " + v));
    }
}

输出结果：

Key: 100, value: UserBo(UserId=100, UserName=Sohan)
Key: 300, value: UserBo(UserId=300, UserName=Mahesh)

我们看到toMap接受三个参数，第一个参数是转换后的map的key，第二个参数是转换后的map的value，第三个参数是当key发生冲突的时候是选择留下前面的元素还是候选的元素：其中(k, v) -> k表示选择留下前面的元素，(k, v) -> v表示选择留下后面的元素。

最后，我们还是使用一张图，来演示下，前文的例子中，当一个Stream先后通过filter、map、sort、limit以及distinct处理后会，在分别使用不同的最终操作可以得到怎样的结果。

下图，展示了文中介绍的所有操作的位置、输入、输出以及使用一个案例展示了其结果。

image.png

前面说了好多Stream流的中间操作和最终操作，由于Stream流相关的接口众多，可能短时间大家全部记住。不过没关系，下图为我们展示的JDK提供的Stream相关的接口方法，返回值为stream的为中间操作，不是stream的为最终操作，这样就比较方便查找了。

image.png

下图是Stream类的类结构图，里面包含了大部分的中间和终止操作。

中间操作主要有以下方法（此类型方法返回的都是Stream）：map (mapToInt, flatMap 等)、 filter、 distinct、 sorted、 peek、 limit、 skip、 parallel、 sequential、 unordered
终止操作主要有以下方法：forEach、 forEachOrdered、 toArray、 reduce、 collect、 min、 max、 count、 anyMatch、 allMatch、 noneMatch、 findFirst、 findAny、 iterator

image.png

总结

本文介绍了本人在学习Java 8 Stream中的一些笔记。

学习使用Stream要分别了解Stream创建、中间操作和最终操作。

Stream的创建有两种方式，分别是通过集合类的stream方法、通过Stream的of方法。

Stream的中间操作可以用来处理Stream，中间操作的输入和输出都是Stream，中间操作可以是过滤、转换、排序等。

Stream的最终操作可以将Stream转成其他形式，如计算出流中元素的个数、将流装换成集合、以及元素的遍历等。

最后，在Java开发中，如果使用了Java 8，那么强烈建议使用Stream。因为Stream的每个操作都可以依赖Lambda表达式，它是一种声明式的数据处理方式，并且Stream提高了数据处理效率和开发效率。

参考资料

最后编辑于：2019.12.22 19:23:04

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Java8 Stream学习笔记

一、什么是Stream流（WHAT）

二、为什么要使用Stream流(WHY)

创建Stream流

中间操作

Filter

map

limit/skip

sorted

distinct

flatMap

元素匹配

1.allMatch匹配所有

2.anyMatch匹配其中一个

3. noneMatch全部不匹配

最终操作

forEach

count

collect

couting

查找

findFirst

findAny

reduce

joining

获取流中最小最大值

通过min/max获取最小最大值

toMap

总结

参考资料

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