【Java】Stream API

发表于2021-03-26更新于2021-09-18字数统计3k阅读时长25分阅读次数

Stream API

Java8中有两大最为重要的改变。第一个是 Lambda 表达式；另外一个则是 Stream API。 Stream API ( java.util.stream) 把真正的函数式编程风格引入到Java中。这是目前为止对Java类库最好的补充，因为Stream API可以极大提供Java程序员的生产力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。

Stream 是 Java8 中处理集合的关键抽象概念，它可以指定你希望对集合进行的操作，可以执行非常复杂的查找、过滤和映射数据等操作。 使用 Stream API 对集合数据进行操作，就类似于使用 SQL 执行的数据库查询。 也可以使用 Stream API 来并行执行操作。简言之，Stream API 提供了一种高效且易于使用的处理数据的方式。

Stream 是数据渠道，用于操作数据源（集合、数组等）所生成的元素序列。 “集合讲的是数据，Stream讲的是计算！” 注意：

  • Stream 自己不会存储元素。
  • Stream 不会改变源对象。相反，他们会返回一个持有结果的新Stream。
  • Stream 操作是延迟执行的。这意味着他们会等到需要结果的时候才执行。

为什么要是用 Stream API

实际开发中，项目中多数数据源都来自于Mysql，Oracle等。但现在数据源可以更多了，有MongDB，Radis 等，而这些 NoSQL 的数据就需要 Java 层面去处理。

Stream 和 Collection 集合的区别：Collection 是一种静态的内存数据结构，而 Stream 是有关计算的。前者是主要面向内存，存储在内存中， 后者主要是面向 CPU，通过 CPU 实现计算。

Stream 的使用流程

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使用流程的注意点：

  • 一个中间操作链，对数据源的数据进行处理
  • 一旦执行终止操作，就执行中间操作链，并产生结果。之后，不会再被使用

创建 Stream 的方式

方式一：通过集合

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//创建Stream方式一：通过集合
@Test
public void test1(){
    List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();

    //default Stream<E> stream() : 返回一个顺序流
    Stream<Employee> stream = employees.stream();

    //default Stream<E> parallelStream() : 返回一个并行流
    Stream<Employee> parallelStream = employees.parallelStream();
}

方式二：通过数组

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//创建Stream方式二：通过数组
@Test
public void test2(){
    int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5,6};
    //调用Arrays类的static <T> Stream<T> stream(T[] array): 返回一个流
    IntStream stream = Arrays.stream(arr);

    Employee e1 = new Employee(1001,"Tom");
    Employee e2 = new Employee(1002,"Jerry");
    Employee[] arr1 = new Employee[]{e1,e2};
    Stream<Employee> stream1 = Arrays.stream(arr1);
}

方式三：通过 Stream 的 of()

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//创建Stream方式三：通过Stream的of()
@Test
public void test3(){
    Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5, 6);
}

方式四：创建无限流

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//创建Stream方式四：创建无限流
@Test
public void test4(){
    //迭代
    //public static<T> Stream<T> iterate(final T seed, final UnaryOperator<T> f)
    //遍历前10个偶数
    Stream.iterate(0, t -> t + 2).limit(10).forEach(System.out::println);

    //生成
    //public static<T> Stream<T> generate(Supplier<T> s)
    Stream.generate(Math::random).limit(10).forEach(System.out::println);
}

总结四种方式：

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//创建Stream方式一：通过集合
@Test
public void test1(){
    List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();

    //default Stream<E> stream() : 返回一个顺序流
    Stream<Employee> stream = employees.stream();

    //default Stream<E> parallelStream() : 返回一个并行流
    Stream<Employee> parallelStream = employees.parallelStream();
}

//创建Stream方式二：通过数组
@Test
public void test2(){
    int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5,6};
    //调用Arrays类的static <T> Stream<T> stream(T[] array): 返回一个流
    IntStream stream = Arrays.stream(arr);

    Employee e1 = new Employee(1001,"Tom");
    Employee e2 = new Employee(1002,"Jerry");
    Employee[] arr1 = new Employee[]{e1,e2};
    Stream<Employee> stream1 = Arrays.stream(arr1);
}

//创建Stream方式三：通过Stream的of()
@Test
public void test3(){
    Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5, 6);
}

//创建Stream方式四：创建无限流
@Test
public void test4(){
    //迭代
    //public static<T> Stream<T> iterate(final T seed, final UnaryOperator<T> f)
    //遍历前10个偶数
    Stream.iterate(0, t -> t + 2).limit(10).forEach(System.out::println);

    //生成
    //public static<T> Stream<T> generate(Supplier<T> s)
    Stream.generate(Math::random).limit(10).forEach(System.out::println);
}

Stream 中间操作

多个中间操作可以连接起来形成一个流水线，除非流水线上触发终止操作，否则中间操作不会执行任何的处理！而在终止操作时一次性全部处理，称为“惰性求值”。

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public class StreamAPITest1 {

    //1-筛选与切片
    @Test
    public void test1(){
        List<Employee> list = EmployeeData.getEmployees();
        // filter(Predicate p)——接收 Lambda ， 从流中排除某些元素。
        Stream<Employee> stream = list.stream();
        //练习：查询员工表中薪资大于7000的员工信息
        stream.filter(e -> e.getSalary() > 7000).forEach(System.out::println);

        System.out.println();
        //limit(n)——截断流，使其元素不超过给定数量。
        list.stream().limit(3).forEach(System.out::println);
        System.out.println();

        //skip(n) —— 跳过元素，返回一个扔掉了前 n 个元素的流。若流中元素不足 n 个，则返回一个空流。与 limit(n) 互补
        list.stream().skip(3).forEach(System.out::println);

        System.out.println();
        //distinct()——筛选，通过流所生成元素的 hashCode() 和 equals() 去除重复元素

        list.add(new Employee(1010,"刘强东",40,8000));
        list.add(new Employee(1010,"刘强东",41,8000));
        list.add(new Employee(1010,"刘强东",40,8000));
        list.add(new Employee(1010,"刘强东",40,8000));
        list.add(new Employee(1010,"刘强东",40,8000));

        //System.out.println(list);

        list.stream().distinct().forEach(System.out::println);
    }

    //映射
    @Test
    public void test2(){
        //map(Function f)——接收一个函数作为参数，将元素转换成其他形式或提取信息，该函数会被应用到每个元素上，并将其映射成一个新的元素。
        List<String> list = Arrays.asList("aa", "bb", "cc", "dd");
        list.stream().map(str -> str.toUpperCase()).forEach(System.out::println);

        //练习1：获取员工姓名长度大于3的员工的姓名。
        List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();
        Stream<String> namesStream = employees.stream().map(Employee::getName);
        namesStream.filter(name -> name.length() > 3).forEach(System.out::println);
        System.out.println();
        //练习2：
        Stream<Stream<Character>> streamStream = list.stream().map(StreamAPITest1::fromStringToStream);
        streamStream.forEach(s ->{
            s.forEach(System.out::println);
        });
        System.out.println();
        //flatMap(Function f)——接收一个函数作为参数，将流中的每个值都换成另一个流，然后把所有流连接成一个流。
        Stream<Character> characterStream = list.stream().flatMap(StreamAPITest1::fromStringToStream);
        characterStream.forEach(System.out::println);

    }

    //将字符串中的多个字符构成的集合转换为对应的Stream的实例
    public static Stream<Character> fromStringToStream(String str){//aa
        ArrayList<Character> list = new ArrayList<>();
        for(Character c : str.toCharArray()){
            list.add(c);
        }
        return list.stream();
    }

    @Test
    public void test3(){
        ArrayList list1 = new ArrayList();
        list1.add(1);
        list1.add(2);
        list1.add(3);

        ArrayList list2 = new ArrayList();
        list2.add(4);
        list2.add(5);
        list2.add(6);

        //list1.add(list2);
        list1.addAll(list2);
        System.out.println(list1);
    }

    //3-排序
    @Test
    public void test4(){
        //sorted()——自然排序
        List<Integer> list = Arrays.asList(12, 43, 65, 34, 87, 0, -98, 7);
        list.stream().sorted().forEach(System.out::println);
        //抛异常，原因:Employee没有实现Comparable接口
        //List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();
        //employees.stream().sorted().forEach(System.out::println);
        
        //sorted(Comparator com)——定制排序

        List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();
        employees.stream().sorted( (e1,e2) -> {

            int ageValue = Integer.compare(e1.getAge(),e2.getAge());
            if(ageValue != 0){
                return ageValue;
            }else{
                return -Double.compare(e1.getSalary(),e2.getSalary());
            }

        }).forEach(System.out::println);
    }
}

Stream 终止操作

终端操作会从流的流水线生成结果。其结果可以是任何不是流的值，例如：List、Integer，甚至是 void。流进行了终止操作后，不能再次使用。

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Collector需要使用Collectors提供实例。

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public class StreamAPITest2 {

    //1-匹配与查找
    @Test
    public void test1(){
        List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();

        //allMatch(Predicate p)——检查是否匹配所有元素。
        //练习：是否所有的员工的年龄都大于18
        boolean allMatch = employees.stream().allMatch(e -> e.getAge() > 18);
        System.out.println(allMatch);

        //anyMatch(Predicate p)——检查是否至少匹配一个元素。
        //练习：是否存在员工的工资大于 10000
        boolean anyMatch = employees.stream().anyMatch(e -> e.getSalary() > 10000);
        System.out.println(anyMatch);

        //noneMatch(Predicate p)——检查是否没有匹配的元素。
        //练习：是否存在员工姓“雷”
        boolean noneMatch = employees.stream().noneMatch(e -> e.getName().startsWith("雷"));
        System.out.println(noneMatch);
        //findFirst——返回第一个元素
        Optional<Employee> employee = employees.stream().findFirst();
        System.out.println(employee);
        //findAny——返回当前流中的任意元素
        Optional<Employee> employee1 = employees.parallelStream().findAny();
        System.out.println(employee1);
    }

    @Test
    public void test2(){
        List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();
        // count——返回流中元素的总个数
        long count = employees.stream().filter(e -> e.getSalary() > 5000).count();
        System.out.println(count);
        //max(Comparator c)——返回流中最大值
        //练习：返回最高的工资：
        Stream<Double> salaryStream = employees.stream().map(e -> e.getSalary());
        Optional<Double> maxSalary = salaryStream.max(Double::compare);
        System.out.println(maxSalary);
        //min(Comparator c)——返回流中最小值
        //练习：返回最低工资的员工
        Optional<Employee> employee = employees.stream().min((e1, e2) -> Double.compare(e1.getSalary(), e2.getSalary()));
        System.out.println(employee);
        System.out.println();
        //forEach(Consumer c)——内部迭代
        employees.stream().forEach(System.out::println);

        //使用集合的遍历操作
        employees.forEach(System.out::println);
    }

    //2-归约
    @Test
    public void test3(){
        //reduce(T identity, BinaryOperator)——可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回 T
        //练习1：计算1-10的自然数的和
        List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);
        Integer sum = list.stream().reduce(0, Integer::sum);
        System.out.println(sum);

        //reduce(BinaryOperator) ——可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回 Optional<T>
        //练习2：计算公司所有员工工资的总和
        List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();
        Stream<Double> salaryStream = employees.stream().map(Employee::getSalary);
        //Optional<Double> sumMoney = salaryStream.reduce(Double::sum);
        Optional<Double> sumMoney = salaryStream.reduce((d1,d2) -> d1 + d2);
        System.out.println(sumMoney.get());
    }

    //3-收集
    @Test
    public void test4(){
        //collect(Collector c)——将流转换为其他形式。接收一个 Collector接口的实现，用于给Stream中元素做汇总的方法
        //练习1：查找工资大于6000的员工，结果返回为一个List或Set
        List<Employee> employees = EmployeeData.getEmployees();
        List<Employee> employeeList = employees.stream().filter(e -> e.getSalary() > 6000).collect(Collectors.toList());

        employeeList.forEach(System.out::println);
        System.out.println();
        Set<Employee> employeeSet = employees.stream().filter(e -> e.getSalary() > 6000).collect(Collectors.toSet());

        employeeSet.forEach(System.out::println);
    }
}

Optional 类

Optional 类：为了解决java中的空指针问题而生。

到目前为止，臭名昭著的空指针异常是导致Java应用程序失败的最常见原因。 以前，为了解决空指针异常，Google公司著名的Guava项目引入了Optional类，Guava通过使用检查空值的方式来防止代码污染，它鼓励程序员写更干净的代 码。受到Google Guava的启发，Optional类已经成为Java 8类库的一部分。

Optional 类(java.util.Optional) 是一个容器类，它可以保存类型T的值，代表这个值存在。或者仅仅保存 null，表示这个值不存在。原来用 null 表示一个值不存在，现在 Optional 可以更好的表达这个概念。并且可以避免空指针异常。

Optional类的 Javadoc 描述如下：这是一个可以为 null 的容器对象。如果值存在则isPresent()方法会返回true，调用get()方法会返回该对象。

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使用举例：

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@Test
public void test1(){
    //empty():创建的Optional对象内部的value = null
    Optional<Object> op1 = Optional.empty();
    if(!op1.isPresent()){//Optional封装的数据是否包含数据
        System.out.println("数据为空");

    }
    System.out.println(op1);
    System.out.println(op1.isPresent());
    //如果Optional封装的数据value为空，则get()报错。否则，value不为空时，返回value.
    //System.out.println(op1.get());

}

@Test
public void test2(){
    String str = "hello";
    //str = null;
    //of(T t):封装数据t生成Optional对象。要求t非空，否则报错。
    Optional<String> op1 = Optional.of(str);
    //get()通常与of()方法搭配使用。用于获取内部的封装的数据value
    String str1 = op1.get();
    System.out.println(str1);

}

@Test
public void test3(){
    String str = "beijing";
    str = null;
    //ofNullable(T t) ：封装数据t赋给Optional内部的value。不要求t非空
    Optional<String> op1 = Optional.ofNullable(str);
    //orElse(T t1):如果Optional内部的value非空，则返回此value值。如果
    //value为空，则返回t1.
    String str2 = op1.orElse("shanghai");

    System.out.println(str2);//
}