Stream流

在Java 8中，得益于Lambda所带来的函数式编程，引入了一个全新的Stream概念，用于解决已有集合类库既有的 弊端。

1.1 引言

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，典型的就是集合遍历。例如：

import java.util.ArrayList; 
import java.util.List;

public class Demo01ForEach {
    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);
        }
    } 
}
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：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/*
    使用传统的方式,遍历集合,对集合中的数据进行过滤
 */
public class Demo01List {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个List集合,存储姓名
        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");

        //对list集合中的元素进行过滤,只要以张开头的元素,存储到一个新的集合中
        List<String> listA = new ArrayList<>();
        for(String s : list){
            if(s.startsWith("张")){
                listA.add(s);
            }
        }

        //对listA集合进行过滤,只要姓名长度为3的人,存储到一个新集合中
        List<String> listB = new ArrayList<>();
        for (String s : listA) {
            if(s.length()==3){
                listB.add(s);
            }
        }

        //遍历listB集合
        for (String s : listB) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

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. 后进行对结果进行打印输出。

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。

Stream的更优写法
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/*
    使用Stream流的方式,遍历集合,对集合中的数据进行过滤
    Stream流是JDK1.8之后出现的
    关注的是做什么,而不是怎么做
 */
public class Demo02Stream {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个List集合,存储姓名
        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");

        //对list集合中的元素进行过滤,只要以张开头的元素,存储到一个新的集合中
        //对listA集合进行过滤,只要姓名长度为3的人,存储到一个新集合中
        //遍历listB集合
        list.stream()
            .filter(name->name.startsWith("张"))
            .filter(name->name.length()==3)
            .forEach(name-> System.out.println(name));
    }
}

1.2 流式思想概述

流式思想示意图

这张图中展示了过滤、映射、跳过、计数等多步操作，这是一种集合元素的处理方案，而方案就是一种“函数模型”。图中的每一个方框都是一个“流”，调用指定的方法，可以从一个流模型转换为另一个流模型。而最右侧的数字3是最终结果。

这里的 filter 、 map 、 skip 都是在对函数模型进行操作，集合元素并没有真正被处理。只有当终结方法 count 执行的时候，整个模型才会按照指定策略执行操作。而这得益于Lambda的延迟执行特性。

备注：“Stream流”其实是一个集合元素的函数模型，它并不是集合，也不是数据结构，其本身并不存储任何 元素（或其地址值）

Stream（流）是一个来自数据源的元素队列

  • 元素是特定类型的对象，形成一个队列。 Java中的Stream并不会存储元素，而是按需计算。
  • 数据源 流的来源。 可以是集合，数组 等。

和以前的Collection操作不同， Stream操作还有两个基础的特征：

  • Pipelining: 中间操作都会返回流对象本身。 这样多个操作可以串联成一个管道， 如同流式风格（fluent style）。 这样做可以对操作进行优化， 比如延迟执行(laziness)和短路( short-circuiting)。
  • 内部迭代： 以前对集合遍历都是通过Iterator或者增强for的方式, 显式的在集合外部进行迭代， 这叫做外部迭代。 Stream提供了内部迭代的方式，流可以直接调用遍历方法。

当使用一个流的时候，通常包括三个基本步骤：获取一个数据源（source）→ 数据转换→执行操作获取想要的结果，每次转换原有 Stream 对象不改变，返回一个新的 Stream 对象（可以有多次转换），这就允许对其操作可以像链条一样排列，变成一个管道。

1.3 获取流

java.util.stream.Stream<T> 是Java 8新加入的常用的流接口。（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。
根据Collection获取流

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。

根据Map获取流

java.util.Map 接口不是 Collection 的子接口，且其K-V数据结构不符合流元素的单一特征，所以获取对应的流 需要分key、value或entry等情况。

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 。

import java.util.*;
import java.util.stream.Stream;

/*
    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；
            default Stream<E> stream​()
        - Stream接口的静态方法of可以获取数组对应的流。
            static <T> Stream<T> of​(T... values)
            参数是一个可变参数,那么我们就可以传递一个数组
 */
public class Demo01GetStream {
    public static void main(String[] args) {
        //把集合转换为Stream流
        List<String> list = new ArrayList<>();
        Stream<String> stream1 = list.stream();

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

        Map<String,String> map = new HashMap<>();
        //获取键,存储到一个Set集合中
        Set<String> keySet = map.keySet();
        Stream<String> stream3 = keySet.stream();

        //获取值,存储到一个Collection集合中
        Collection<String> values = map.values();
        Stream<String> stream4 = values.stream();

        //获取键值对(键与值的映射关系 entrySet)
        Set<Map.Entry<String, String>> entries = map.entrySet();
        Stream<Map.Entry<String, String>> stream5 = entries.stream();

        //把数组转换为Stream流
        Stream<Integer> stream6 = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5);
        //可变参数可以传递数组
        Integer[] arr = {1,2,3,4,5};
        Stream<Integer> stream7 = Stream.of(arr);
        String[] arr2 = {"a","bb","ccc"};
        Stream<String> stream8 = Stream.of(arr2);
    }
}

1.4 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：

  • 延迟方法：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 法均为延迟方法。）
  • 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。

备注：本小节之外的更多方法，请自行参考API文档。

逐一处理：forEach

forEach 方法用来遍历流中的数据。

import java.util.stream.Stream;

/*
    Stream流中的常用方法_forEach
    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。
    Consumer接口是一个消费型的函数式接口,可以传递Lambda表达式,消费数据

    简单记:
        forEach方法,用来遍历流中的数据
        是一个终结方法,遍历之后就不能继续调用Stream流中的其他方法
 */
public class Stream_forEach {
    public static void main(String[] args) {
        //获取一个Stream流
        Stream<String> stream = Stream.of("张三", "李四", "王五", "赵六", "田七");
        //使用Stream流中的方法forEach对Stream流中的数据进行遍历
        /*stream.forEach((String name)->{
            System.out.println(name);
        });*/

        stream.forEach(name->System.out.println(name));
    }
}
过滤：filter

filter 方法将一个流转换成另一个子集流。

import java.util.stream.Stream;

/*
    Stream流中的常用方法_filter:用于对Stream流中的数据进行过滤
    Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);
    filter方法的参数Predicate是一个函数式接口,所以可以传递Lambda表达式,对数据进行过滤
    Predicate中的抽象方法:
        boolean test(T t);
 */
public class Stream_filter {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个Stream流
        Stream<String> stream = Stream.of("张三丰", "张翠山", "赵敏", "周芷若", "张无忌");
        //对Stream流中的元素进行过滤,只要姓张的人
        Stream<String> stream2 = stream.filter((String name)->{return name.startsWith("张");});
        //遍历stream2流
        stream2.forEach(name-> System.out.println(name));

        /*
            Stream流属于管道流,只能被消费(使用)一次
            第一个Stream流调用完毕方法,数据就会流转到下一个Stream上
            而这时第一个Stream流已经使用完毕,就会关闭了
            所以第一个Stream流就不能再调用方法了
            IllegalStateException: stream has already been operated upon or closed
         */
        //遍历stream流
        stream.forEach(name-> System.out.println(name));
    }
}
映射：map

map 方法将流中的元素映射到另一个流中。

import java.util.stream.Stream;

/*
    Stream流中的常用方法_map:用于类型转换
    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.
    <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。
    Function中的抽象方法:
        R apply(T t);
 */
public class Stream_map {
    public static void main(String[] args) {
        //获取一个String类型的Stream流
        Stream<String> stream = Stream.of("1", "2", "3", "4");
        //使用map方法,把字符串类型的整数,转换(映射)为Integer类型的整数
        Stream<Integer> stream2 = stream.map((String s)->{
            return Integer.parseInt(s);
        });
        //遍历Stream2流
        stream2.forEach(i-> System.out.println(i));
    }
}
统计个数：count

count 方法统计流中元素个数，返回 long 类型。

import java.util.ArrayList;
import java.util.stream.Stream;

/*
    Stream流中的常用方法_count:用于统计Stream流中元素的个数
    long count();
    count方法是一个终结方法,返回值是一个long类型的整数
    所以不能再继续调用Stream流中的其他方法了
 */
public class Stream_count {
    public static void main(String[] args) {
        //获取一个Stream流
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);
        list.add(5);
        list.add(6);
        list.add(7);
        Stream<Integer> stream = list.stream();
        long count = stream.count();
        System.out.println(count);//7
    }
}
取用前几个：limit

limit 方法可以对流进行截取，只取用前n个。

import java.util.stream.Stream;

/*
    Stream流中的常用方法_limit:用于截取流中的元素
    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);
        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
    limit方法是一个延迟方法,只是对流中的元素进行截取,返回的是一个新的流,所以可以继续调用Stream流中的其他方法
 */
public class Stream_limit {
    public static void main(String[] args) {
        //获取一个Stream流
        String[] arr = {"美羊羊","喜洋洋","懒洋洋","灰太狼","红太狼"};
        Stream<String> stream = Stream.of(arr);
        //使用limit对Stream流中的元素进行截取,只要前3个元素
        Stream<String> stream2 = stream.limit(3);
        //遍历stream2流
        stream2.forEach(name-> System.out.println(name));
    }
}
跳过前几个：skip

skip 方法t跳过前几个元素获取一个截取之后的新流。

import java.util.stream.Stream;

/*
    Stream流中的常用方法_skip:用于跳过元素
    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);
        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。
 */
public class Stream_skip {
    public static void main(String[] args) {
        //获取一个Stream流
        String[] arr = {"美羊羊","喜洋洋","懒洋洋","灰太狼","红太狼"};
        Stream<String> stream = Stream.of(arr);
        //使用skip方法跳过前3个元素
        Stream<String> stream2 = stream.skip(3);
        //遍历stream2流
        stream2.forEach(name-> System.out.println(name));
    }
}
组合：concat

Stream 接口的静态方法 concat 把两个流合并成一个流

/*
    Stream流中的常用方法_concat:用于把流组合到一起
    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)
 */
public class Stream_concat {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个Stream流
        Stream<String> stream1 = Stream.of("张三丰", "张翠山", "赵敏", "周芷若", "张无忌");
        //获取一个Stream流
        String[] arr = {"美羊羊","喜洋洋","懒洋洋","灰太狼","红太狼"};
        Stream<String> stream2 = Stream.of(arr);
        //把以上两个流组合为一个流
        Stream<String> concat = Stream.concat(stream1, stream2);
        //遍历concat流
        concat.forEach(name-> System.out.println(name));
    }
}
1.5 练习：集合元素处理（传统方式）

Person类

public class Person {
    private String name;

    public Person() {
    }

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

传统方式

import java.util.ArrayList;

/*
    练习:集合元素处理（传统方式）
        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；存储到一个新集合中。
        2. 第一个队伍筛选之后只要前3个人；存储到一个新集合中。
        3. 第二个队伍只要姓张的成员姓名；存储到一个新集合中。
        4. 第二个队伍筛选之后不要前2个人；存储到一个新集合中。
        5. 将两个队伍合并为一个队伍；存储到一个新集合中。
        6. 根据姓名创建Person对象；存储到一个新集合中。
        7. 打印整个队伍的Person对象信息。
 */
public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        //第一支队伍
        ArrayList<String> one = new ArrayList<>();
        one.add("迪丽热巴");
        one.add("宋远桥");
        one.add("苏星河");
        one.add("石破天");
        one.add("石中玉");
        one.add("老子");
        one.add("庄子");
        one.add("洪七公");
        //1. 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；存储到一个新集合中。
        ArrayList<String> one1 = new ArrayList<>();
        for (String name : one) {
            if(name.length()==3){
                one1.add(name);
            }
        }
        //2. 第一个队伍筛选之后只要前3个人；存储到一个新集合中。
        ArrayList<String> one2 = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i <3 ; i++) {
            one2.add(one1.get(i));//i = 0,1,2
        }

        //第二支队伍
        ArrayList<String> two = new ArrayList<>();
        two.add("古力娜扎");
        two.add("张无忌");
        two.add("赵丽颖");
        two.add("张三丰");
        two.add("尼古拉斯赵四");
        two.add("张天爱");
        two.add("张二狗");
        //3. 第二个队伍只要姓张的成员姓名；存储到一个新集合中。
        ArrayList<String> two1 = new ArrayList<>();
        for (String name : two) {
            if(name.startsWith("张")){
                two1.add(name);
            }
        }
        //4. 第二个队伍筛选之后不要前2个人；存储到一个新集合中。
        ArrayList<String> two2 = new ArrayList<>();
        for (int i = 2; i <two1.size() ; i++) {
            two2.add(two1.get(i)); //i 不包含0 1
        }

        //5. 将两个队伍合并为一个队伍；存储到一个新集合中。
        ArrayList<String> all = new ArrayList<>();
        all.addAll(one2);
        all.addAll(two2);

        //6. 根据姓名创建Person对象；存储到一个新集合中。
        ArrayList<Person> list = new ArrayList<>();
        for (String name : all) {
            list.add(new Person(name));
        }

        //7. 打印整个队伍的Person对象信息。
        for (Person person : list) {
            System.out.println(person);
        }
    }
}

1.6 练习：集合元素处理（Stream方式）

import java.util.ArrayList;
import java.util.stream.Stream;

/*
    练习：集合元素处理（Stream方式）
    将上一题当中的传统for循环写法更换为Stream流式处理方式。
    两个集合的初始内容不变，Person类的定义也不变。
 */
public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        //第一支队伍
        ArrayList<String> one = new ArrayList<>();
        one.add("迪丽热巴");
        one.add("宋远桥");
        one.add("苏星河");
        one.add("石破天");
        one.add("石中玉");
        one.add("老子");
        one.add("庄子");
        one.add("洪七公");
        //1. 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；存储到一个新集合中。
        //2. 第一个队伍筛选之后只要前3个人；存储到一个新集合中。
        Stream<String> oneStream = one.stream().filter(name -> name.length() == 3).limit(3);

        //第二支队伍
        ArrayList<String> two = new ArrayList<>();
        two.add("古力娜扎");
        two.add("张无忌");
        two.add("赵丽颖");
        two.add("张三丰");
        two.add("尼古拉斯赵四");
        two.add("张天爱");
        two.add("张二狗");
        //3. 第二个队伍只要姓张的成员姓名；存储到一个新集合中。
        //4. 第二个队伍筛选之后不要前2个人；存储到一个新集合中。
        Stream<String> twoStream = two.stream().filter(name -> name.startsWith("张")).skip(2);

        //5. 将两个队伍合并为一个队伍；存储到一个新集合中。
        //6. 根据姓名创建Person对象；存储到一个新集合中。
        //7. 打印整个队伍的Person对象信息。
        Stream.concat(oneStream,twoStream).map(name->new Person(name)).forEach(p-> System.out.println(p));
    }
}
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