你真的会Java Stream吗

1.初识Stream-API

一、什么是Java Stream API？

Java Stream函数式编程接口最初是在Java 8中引入的，并且与lambda一起成为Java开发的里程碑式的功能特性，它极大的方便了开放人员处理集合类数据的效率。从笔者之前看过的调查文章显示，绝大部分的开发者使用的JDK版本是java 8，其中Java Stream和lambda功不可没。

Java Stream就是一个数据流经的管道，并且在管道中对数据进行操作，然后流入下一个管道。有学过linux 管道的同学应该会很容易就理解。在没有Java Stram之前，对于集合类的操作，更多的是通过for循环。大家从后文中就能看出Java Stream相对于for 循环更加简洁、易用、快捷。

管道的功能包括：Filter（过滤）、Map(映射)、sort(排序）等，集合数据通过Java Stream管道处理之后，转化为另一组集合或数据输出。

Java Stream函数式编程？用过都说好，案例图文详解送给你

二、Stream API代替for循环

我们先来看一个例子：

List<String> nameStrs = Arrays.asList("Monkey", "Lion", "Giraffe","Lemur");

List<String> list = nameStrs.stream()
        .filter(s -> s.startsWith("L"))
        .map(String::toUpperCase)
        .sorted()
        .collect(toList());
System.out.println(list);
  • 首先，我们使用Stream()函数，将一个List转换为管道流
  • 调用filter函数过滤数组元素，过滤方法使用lambda表达式，以L开头的元素返回true被保留，其他的List元素被过滤掉
  • 然后调用Map函数对管道流中每个元素进行处理，字母全部转换为大写
  • 然后调用sort函数，对管道流中数据进行排序
  • 最后调用collect函数toList，将管道流转换为List返回

最终的输出结果是：[LEMUR, LION]。大家可以想一想，上面的这些对数组进行遍历的代码，如果你用for循环来写，需要写多少行代码？来，我们来继续学习Java Stream吧！

三、将数组转换为管道流

使用Stream.of()方法，将数组转换为管道流。

String[] array = {"Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur"};
Stream<String> nameStrs2 = Stream.of(array);

Stream<String> nameStrs3 = Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur");

四、将集合类对象转换为管道流

通过调用集合类的stream()方法，将集合类对象转换为管道流。

List<String> list = Arrays.asList("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur");
Stream<String> streamFromList = list.stream();

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

五、将文本文件转换为管道流

通过Files.lines方法将文本文件转换为管道流，下图中的Paths.get()方法作用就是获取文件，是Java NIO的API！

也就是说：我们可以很方便的使用Java Stream加载文本文件，然后逐行的对文件内容进行处理。

Stream<String> lines = Files.lines(Paths.get("file.txt"));

2.Stream的filter与谓语逻辑

一、基础代码准备

建立一个实体类，该实体类有五个属性。下面的代码使用了lombok的注解Data、AllArgsConstructor，这样我们就不用写get、set方法和全参构造函数了。lombok会帮助我们在编译期生成这些模式化的代码。

@Data
@AllArgsConstructor
public class Employee {

   private Integer id;
   private Integer age;   //年龄
   private String gender;  //性别
   private String firstName;  
   private String lastName;
}

写一个测试类，这个测试类的内容也很简单，新建十个Employee 对象

public class StreamFilterPredicate {
    
    public static void main(String[] args){
        Employee e1 = new Employee(1,23,"M","Rick","Beethovan");
        Employee e2 = new Employee(2,13,"F","Martina","Hengis");
        Employee e3 = new Employee(3,43,"M","Ricky","Martin");
        Employee e4 = new Employee(4,26,"M","Jon","Lowman");
        Employee e5 = new Employee(5,19,"F","Cristine","Maria");
        Employee e6 = new Employee(6,15,"M","David","Feezor");
        Employee e7 = new Employee(7,68,"F","Melissa","Roy");
        Employee e8 = new Employee(8,79,"M","Alex","Gussin");
        Employee e9 = new Employee(9,15,"F","Neetu","Singh");
        Employee e10 = new Employee(10,45,"M","Naveen","Jain");


        List<Employee> employees = Arrays.asList(e1, e2, e3, e4, e5, e6, e7, e8, e9, e10);

        List<Employee> filtered = employees.stream()
                .filter(e -> e.getAge() > 70 && e.getGender().equals("M"))
                .collect(Collectors.toList());

        System.out.println(filtered);

    }

}

需要注意的是上面的filter传入了lambda表达式(之前的章节我们已经讲过了)，表达过滤年龄大于70并且男性的Employee员工。输出如下：

[Employee(id=8, age=79, gender=M, firstName=Alex, lastName=Gussin)]

二、什么是谓词逻辑？

下面要说我们的重点了，通过之前的章节的讲解，我们已经知道lambda表达式表达的是一个匿名接口函数的实现。那具体到Stream.filter()中，它表达的是什么呢？看下图：可以看出它表达的是一个Predicate接口，在英语中这个单词的意思是：谓词。
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什么是谓词？（百度百科）

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什么是谓词逻辑？

WHERE 和 AND 限定了主语employee是什么，那么WHERE和AND语句所代表的逻辑就是谓词逻辑

SELECT *
FROM employee
WHERE age > 70
AND gender = 'M'

三、谓词逻辑的复用

通常情况下，filter函数中lambda表达式为一次性使用的谓词逻辑。如果我们的谓词逻辑需要被多处、多场景、多代码中使用，通常将它抽取出来单独定义到它所限定的主语实体中。
比如：将下面的谓词逻辑定义在Employee实体class中。

   public static Predicate<Employee> ageGreaterThan70 = x -> x.getAge() >70;
   public static Predicate<Employee> genderM = x -> x.getGender().equals("M");

3.1.and语法（并集）

List<Employee> filtered = employees.stream()
        .filter(Employee.ageGreaterThan70.and(Employee.genderM))
        .collect(Collectors.toList());

输出如下：

[Employee(id=8, age=79, gender=M, firstName=Alex, lastName=Gussin)]

3.2.or语法（交集）

List<Employee> filtered = employees.stream()
        .filter(Employee.ageGreaterThan70.or(Employee.genderM))
        .collect(Collectors.toList());

输出如下：实际上就是年龄大于70的和所有的男性（由于79的那位也是男性，所以就是所有的男性）

[Employee(id=1, age=23, gender=M, firstName=Rick, lastName=Beethovan), Employee(id=3, age=43, gender=M, firstName=Ricky, lastName=Martin), Employee(id=4, age=26, gender=M, firstName=Jon, lastName=Lowman), Employee(id=6, age=15, gender=M, firstName=David, lastName=Feezor), Employee(id=8, age=79, gender=M, firstName=Alex, lastName=Gussin), Employee(id=10, age=45, gender=M, firstName=Naveen, lastName=Jain)]

3.3.negate语法（取反）

List<Employee> filtered = employees.stream()
        .filter(Employee.ageGreaterThan70.or(Employee.genderM).negate())
        .collect(Collectors.toList());

输出如下：把上一小节代码的结果取反，实际上就是所有的女性

[Employee(id=2, age=13, gender=F, firstName=Martina, lastName=Hengis), Employee(id=5, age=19, gender=F, firstName=Cristine, lastName=Mar

3.Stream管道流的map操作

一、回顾Stream管道流map的基础用法

最简单的需求：将集合中的每一个字符串，全部转换成大写！

List<String> alpha = Arrays.asList("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur");

//不使用Stream管道流
List<String> alphaUpper = new ArrayList<>();
for (String s : alpha) {
    alphaUpper.add(s.toUpperCase());
}
System.out.println(alphaUpper); //[MONKEY, LION, GIRAFFE, LEMUR]

// 使用Stream管道流
List<String> collect = alpha.stream().map(String::toUpperCase).collect(Collectors.toList());
//上面使用了方法引用，和下面的lambda表达式语法效果是一样的
//List<String> collect = alpha.stream().map(s -> s.toUpperCase()).collect(Collectors.toList());

System.out.println(collect); //[MONKEY, LION, GIRAFFE, LEMUR]

所以map函数的作用就是针对管道流中的每一个数据元素进行转换操作。
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二、处理非字符串类型集合元素

map()函数不仅可以处理数据，还可以转换数据的类型。如下：

List<Integer> lengths = alpha.stream()
        .map(String::length)
        .collect(Collectors.toList());

System.out.println(lengths); //[6, 4, 7, 5]
Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur")
        .mapToInt(String::length)
        .forEach(System.out::println);

输出如下：

6
4
7
5

除了mapToInt。还有maoToLong，mapToDouble等等用法

三、再复杂一点：处理对象数据格式转换

还是使用上一节中的Employee类，创建10个对象。需求如下：

  • 将每一个Employee的年龄增加一岁
  • 将性别中的“M”换成“male”，F换成Female。
public static void main(String[] args){
    Employee e1 = new Employee(1,23,"M","Rick","Beethovan");
    Employee e2 = new Employee(2,13,"F","Martina","Hengis");
    Employee e3 = new Employee(3,43,"M","Ricky","Martin");
    Employee e4 = new Employee(4,26,"M","Jon","Lowman");
    Employee e5 = new Employee(5,19,"F","Cristine","Maria");
    Employee e6 = new Employee(6,15,"M","David","Feezor");
    Employee e7 = new Employee(7,68,"F","Melissa","Roy");
    Employee e8 = new Employee(8,79,"M","Alex","Gussin");
    Employee e9 = new Employee(9,15,"F","Neetu","Singh");
    Employee e10 = new Employee(10,45,"M","Naveen","Jain");


    List<Employee> employees = Arrays.asList(e1, e2, e3, e4, e5, e6, e7, e8, e9, e10);

    /*List<Employee> maped = employees.stream()
            .map(e -> {
                e.setAge(e.getAge() + 1);
                e.setGender(e.getGender().equals("M")?"male":"female");
                return e;
            }).collect(Collectors.toList());*/

    List<Employee> maped = employees.stream()
            .peek(e -> {
                e.setAge(e.getAge() + 1);
                e.setGender(e.getGender().equals("M")?"male":"female");
            }).collect(Collectors.toList());

    System.out.println(maped);

}

由于map的参数e就是返回值，所以可以用peek函数。peek函数是一种特殊的map函数，当函数没有返回值或者参数就是返回值的时候可以使用peek函数。

四、flatMap

map可以对管道流中的数据进行转换操作，但是如果管道中还有管道该如何处理？即：如何处理二维数组及二维集合类。实现一个简单的需求：将“hello”，“world”两个字符串组成的集合，元素的每一个字母打印出来。如果不用Stream我们怎么写？写2层for循环,第一层遍历字符串，并且将字符串拆分成char数组，第二层for循环遍历char数组。

List<String> words = Arrays.asList("hello", "word");
words.stream()
        .map(w -> Arrays.stream(w.split("")))    //[[h,e,l,l,o],[w,o,r,l,d]]
        .forEach(System.out::println);

输出打印结果：

java.util.stream.ReferencePipeline$Head@3551a94
java.util.stream.ReferencePipeline$Head@531be3c5
  • 用map方法是做不到的，这个需求用map方法无法实现。map只能针对一维数组进行操作，数组里面还有数组，管道里面还有管道，它是处理不了每一个元素的。

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  • flatMap可以理解为将若干个子管道中的数据全都，平面展开到父管道中进行处理。

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words.stream()
        .flatMap(w -> Arrays.stream(w.split(""))) // [h,e,l,l,o,w,o,r,l,d]
        .forEach(System.out::println);

输出打印结果：

h
e
l
l
o
w
o
r
d

4.Stream的状态与并行操作

一、回顾Stream管道流操作

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通过前面章节的学习，我们应该明白了Stream管道流的基本操作。我们来回顾一下：

  • 源操作：可以将数组、集合类、行文本文件转换成管道流Stream进行数据处理
  • 中间操作：对Stream流中的数据进行处理，比如：过滤、数据转换等等
  • 终端操作：作用就是将Stream管道流转换为其他的数据类型。这部分我们还没有讲，我们后面章节再介绍。

看下面的脑图，可以有更清晰的理解：
img

二、中间操作：有状态与无状态

其实在程序员编程中，经常会接触到“有状态”，“无状态”，绝大部分的人都比较蒙。而且在不同的场景下，“状态”这个词的含义似乎有所不同。但是“万变不离其宗”，理解“状态”这个词在编程领域的含义，笔者教给大家几个关键点：

  • 状态通常代表公用数据，有状态就是有“公用数据”
  • 因为有公用的数据，状态通常需要额外的存储。
  • 状态通常被多人、多用户、多线程、多次操作，这就涉及到状态的管理及变更操作。

是不是更蒙了？举个例子，你就明白了

  • web开发session就是一种状态，访问者的多次请求关联同一个session，这个session需要存储到内存或者redis。多次请求使用同一个公用的session，这个session就是状态数据。
  • vue的vuex的store就是一种状态，首先它是多组件公用的，其次是不同的组件都可以修改它，最后它需要独立于组件单独存储。所以store就是一种状态。

回到我们的Stream管道流

  • filter与map操作，不需要管道流的前面后面元素相关，所以不需要额外的记录元素之间的关系。输入一个元素，获得一个结果。
  • sorted是排序操作、distinct是去重操作。像这种操作都是和别的元素相关的操作，我自己无法完成整体操作。就像班级点名就是无状态的，喊到你你就答到就可以了。如果是班级同学按大小个排序，那就不是你自己的事了，你得和周围的同学比一下身高并记住，你记住的这个身高比较结果就是一种“状态”。所以这种操作就是有状态操作。

三、Limit与Skip管道数据截取

List<String> limitN = Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur")
        .limit(2)
        .collect(Collectors.toList());
List<String> skipN = Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur")
        .skip(2)
        .collect(Collectors.toList());
  • limt方法传入一个整数n，用于截取管道中的前n个元素。经过管道处理之后的数据是：[Monkey, Lion]。
  • skip方法与limit方法的使用相反，用于跳过前n个元素，截取从n到末尾的元素。经过管道处理之后的数据是： [Giraffe, Lemur]

四、Distinct元素去重

我们还可以使用distinct方法对管道中的元素去重，涉及到去重就一定涉及到元素之间的比较，distinct方法时调用Object的equals方法进行对象的比较的，如果你有自己的比较规则，可以重写equals方法。

List<String> uniqueAnimals = Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur", "Lion")
        .distinct()
        .collect(Collectors.toList());

上面代码去重之后的结果是： ["Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur"]

五、Sorted排序

默认的情况下，sorted是按照字母的自然顺序进行排序。如下代码的排序结果是：[Giraffe, Lemur, Lion, Monkey]，字数按顺序G在L前面，L在M前面。第一位无法区分顺序，就比较第二位字母。

List<String> alphabeticOrder = Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur")
        .sorted()
        .collect(Collectors.toList());

排序我们后面还会给大家详细的讲一讲，所以这里暂时只做一个了解。

六、串行、并行与顺序

通常情况下，有状态和无状态操作不需要我们去关心。除非？：你使用了并行操作。

还是用班级按身高排队为例：班级有一个人负责排序，这个排序结果最后就会是正确的。那如果有2个、3个人负责按大小个排队呢？最后可能就乱套了。一个人只能保证自己排序的人的顺序，他无法保证其他人的排队顺序。

  • 串行的好处是可以保证顺序，但是通常情况下处理速度慢一些
  • 并行的好处是对于元素的处理速度快一些（通常情况下），但是顺序无法保证。这可能会导致进行一些有状态操作的时候，最后得到的不是你想要的结果。

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Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur", "Lion")
        .parallel()
        .forEach(System.out::println);
  • parallel()函数表示对管道中的元素进行并行处理，而不是串行处理。但是这样就有可能导致管道流中后面的元素先处理，前面的元素后处理，也就是元素的顺序无法保证。

如果数据量比较小的情况下，不太能观察到，数据量大的话，就能观察到数据顺序是无法保证的。

Monkey
Lion
Lemur
Giraffe
Lion

通常情况下，parallel()能够很好的利用CPU的多核处理器，达到更好的执行效率和性能，建议使用。但是有些特殊的情况下，parallel并不适合：深入了解请看这篇文章：
https://blog.oio.de/2016/01/22/parallel-stream-processing-in-java-8-performance-of-sequential-vs-parallel-stream-processing/
该文章中几个观点，说明并行操作的适用场景：

  • 数据源易拆分：从处理性能的角度，parallel()更适合处理ArrayList，而不是LinkedList。因为ArrayList从数据结构上讲是基于数组的，可以根据索引很容易的拆分为多个。

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  • 适用于无状态操作：每个元素的计算都不得依赖或影响任何其他元素的计算，的运算场景。
  • 基础数据源无变化：从文本文件里面边读边处理的场景，不适合parallel()并行处理。parallel()一开始就容量固定的集合，这样能够平均的拆分、同步处理。

5.像使用SQL一样排序集合

在开始之前，我先卖个关子提一个问题：我们现在有一个Employee员工类。

@Data
@AllArgsConstructor
public class Employee {

   private Integer id;
   private Integer age;   //年龄
   private String gender;  //性别
   private String firstName;  
   private String lastName;
}

你知道怎么对一个Employee对象组成的List集合，先按照性别字段倒序排序，再按照年龄的倒序进行排序么？如果您不知道4行代码以内的解决方案（其实是1行代码就可以实现，但笔者格式化为4行），我觉得您有必要一步步的看下去。
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一、字符串List排序

cities是一个字符串数组。注意london的首字母是小写的。

List<String> cities = Arrays.asList(
        "Milan",
        "london",
        "San Francisco",
        "Tokyo",
        "New Delhi"
);
System.out.println(cities);
//[Milan, london, San Francisco, Tokyo, New Delhi]

cities.sort(String.CASE_INSENSITIVE_ORDER);
System.out.println(cities);
//[london, Milan, New Delhi, San Francisco, Tokyo]

cities.sort(Comparator.naturalOrder());
System.out.println(cities);
//[Milan, New Delhi, San Francisco, Tokyo, london]
  • 当使用sort方法，按照String.CASE_INSENSITIVE_ORDER（字母大小写不敏感）的规则排序，结果是：[london, Milan, New Delhi, San Francisco, Tokyo]
  • 如果使用Comparator.naturalOrder()字母自然顺序排序，结果是：[Milan, New Delhi, San Francisco, Tokyo, london]

同样我们可以把排序器Comparator用在Stream管道流中。

cities.stream().sorted(Comparator.naturalOrder()).forEach(System.out::println);

//Milan
//New Delhi
//San Francisco
//Tokyo
//london

在java 7我们是使用Collections.sort()接受一个数组参数，对数组进行排序。在java 8之后可以直接调用集合类的sort()方法进行排序。sort()方法的参数是一个比较器Comparator接口的实现类，Comparator接口的我们下一节再给大家介绍一下。

二、整数类型List排序

List<Integer> numbers = Arrays.asList(6, 2, 1, 4, 9);
System.out.println(numbers); //[6, 2, 1, 4, 9]

numbers.sort(Comparator.naturalOrder());  //自然排序
System.out.println(numbers); //[1, 2, 4, 6, 9]

numbers.sort(Comparator.reverseOrder()); //倒序排序
System.out.println(numbers);  //[9, 6, 4, 2, 1]

三、按对象字段对List排序

这个功能就比较有意思了，举个例子大家理解一下。

Employee e1 = new Employee(1,23,"M","Rick","Beethovan");
Employee e2 = new Employee(2,13,"F","Martina","Hengis");
Employee e3 = new Employee(3,43,"M","Ricky","Martin");
Employee e4 = new Employee(4,26,"M","Jon","Lowman");
Employee e5 = new Employee(5,19,"F","Cristine","Maria");
Employee e6 = new Employee(6,15,"M","David","Feezor");
Employee e7 = new Employee(7,68,"F","Melissa","Roy");
Employee e8 = new Employee(8,79,"M","Alex","Gussin");
Employee e9 = new Employee(9,15,"F","Neetu","Singh");
Employee e10 = new Employee(10,45,"M","Naveen","Jain");


List<Employee> employees = Arrays.asList(e1, e2, e3, e4, e5, e6, e7, e8, e9, e10);

employees.sort(Comparator.comparing(Employee::getAge));
employees.forEach(System.out::println);
  • 首先，我们创建了10个Employee对象，然后将它们转换为List
  • 然后重点的的代码:使用了函数应用Employee::getAge作为对象的排序字段，即使用员工的年龄作为排序字段
  • 然后调用List的forEach方法将List排序结果打印出来，如下(当然我们重写了Employee的toString方法，不然打印结果没有意义)：
Employee(id=2, age=13, gender=F, firstName=Martina, lastName=Hengis)
Employee(id=6, age=15, gender=M, firstName=David, lastName=Feezor)
Employee(id=9, age=15, gender=F, firstName=Neetu, lastName=Singh)
Employee(id=5, age=19, gender=F, firstName=Cristine, lastName=Maria)
Employee(id=1, age=23, gender=M, firstName=Rick, lastName=Beethovan)
Employee(id=4, age=26, gender=M, firstName=Jon, lastName=Lowman)
Employee(id=3, age=43, gender=M, firstName=Ricky, lastName=Martin)
Employee(id=10, age=45, gender=M, firstName=Naveen, lastName=Jain)
Employee(id=7, age=68, gender=F, firstName=Melissa, lastName=Roy)
Employee(id=8, age=79, gender=M, firstName=Alex, lastName=Gussin)
  • 如果我们希望List按照年龄age的倒序排序，就使用reversed()方法。如：
employees.sort(Comparator.comparing(Employee::getAge).reversed());

四、Comparator链对List排序

下面这段代码先是按性别的倒序排序，再按照年龄的倒序排序。

employees.sort(
        Comparator.comparing(Employee::getGender)
        .thenComparing(Employee::getAge)
        .reversed()
);
employees.forEach(System.out::println);

//都是正序 ，不加reversed
//都是倒序，最后面加一个reserved
//先是倒序（加reserved），然后正序
//先是正序（加reserved），然后倒序（加reserved）

细心的朋友可能注意到：我们只用了一个reversed()倒序方法，这个和SQL的表述方式不太一样。这个问题不太好用语言描述，建议大家去看一下视频！

排序结果如下：

Employee(id=8, age=79, gender=M, firstName=Alex, lastName=Gussin)
Employee(id=10, age=45, gender=M, firstName=Naveen, lastName=Jain)
Employee(id=3, age=43, gender=M, firstName=Ricky, lastName=Martin)
Employee(id=4, age=26, gender=M, firstName=Jon, lastName=Lowman)
Employee(id=1, age=23, gender=M, firstName=Rick, lastName=Beethovan)
Employee(id=6, age=15, gender=M, firstName=David, lastName=Feezor)
Employee(id=7, age=68, gender=F, firstName=Melissa, lastName=Roy)
Employee(id=5, age=19, gender=F, firstName=Cristine, lastName=Maria)
Employee(id=9, age=15, gender=F, firstName=Neetu, lastName=Singh)
Employee(id=2, age=13, gender=F, firstName=Martina, lastName=Hengis)

6.函数式接口Comparator

一、函数式接口是什么？

所谓的函数式接口，实际上就是接口里面只能有一个抽象方法的接口。我们上一节用到的Comparator接口就是一个典型的函数式接口，它只有一个抽象方法compare。

img
只有一个抽象方法？那上图中的equals方法不是也没有函数体么？不急，和我一起往下看！

二、函数式接口的特点

  • 接口有且仅有一个抽象方法，如上图的抽象方法compare
  • 允许定义静态非抽象方法
  • 允许定义默认defalut非抽象方法（default方法也是java8才有的，见下文）
  • 允许java.lang.Object中的public方法，如上图的方法equals。
  • FunctionInterface注解不是必须的，如果一个接口符合"函数式接口"定义，那么加不加该注解都没有影响。加上该注解能够更好地让编译器进行检查。如果编写的不是函数式接口，但是加上了@FunctionInterface，那么编译器会报错

甚至可以说：函数式接口是专门为lambda表达式准备的，lambda表达式是只实现接口中唯一的抽象方法的匿名实现类。

三、default关键字

顺便讲一下default关键字，在java8之前

  • 接口是不能有方法的实现，所有方法全都是抽象方法
  • 实现接口就必须实现接口里面的所有方法

这就导致一个问题：当一个接口有很多的实现类的时候,修改这个接口就变成了一个非常麻烦的事,需要修改这个接口的所有实现类。

这个问题困扰了java工程师许久，不过在java8中这个问题得到了解决,没错就是default方法

  • default方法可以有自己的默认实现，即有方法体。
  • 接口实现类可以不去实现default方法，并且可以使用default方法。

四、JDK中的函数式接口举例

java.lang.Runnable,

java.util.Comparator,

java.util.concurrent.Callable

java.util.function包下的接口，如Consumer、Predicate、Supplier等

五、自定义Comparator排序

我们自定义一个排序器，实现compare函数（函数式接口Comparator唯一的抽象方法）。返回0表示元素相等，-1表示前一个元素小于后一个元素，1表示前一个元素大于后一个元素。这个规则和java 8之前没什么区别。

下面代码用自定义接口实现类的的方式实现：按照年龄的倒序排序！

employees.sort(new Comparator<Employee>() {
    @Override
    public int compare(Employee em1, Employee em2) {
        if(em1.getAge() == em2.getAge()){
            return 0;
        }
        return em1.getAge() - em2.getAge() > 0 ? -1:1;
    }
});
employees.forEach(System.out::println);

最终的打印结果如下，按照年龄的自定义规则进行排序。

Employee(id=8, age=79, gender=M, firstName=Alex, lastName=Gussin)
Employee(id=7, age=68, gender=F, firstName=Melissa, lastName=Roy)
Employee(id=10, age=45, gender=M, firstName=Naveen, lastName=Jain)
Employee(id=3, age=43, gender=M, firstName=Ricky, lastName=Martin)
Employee(id=4, age=26, gender=M, firstName=Jon, lastName=Lowman)
Employee(id=1, age=23, gender=M, firstName=Rick, lastName=Beethovan)
Employee(id=5, age=19, gender=F, firstName=Cristine, lastName=Maria)
Employee(id=9, age=15, gender=F, firstName=Neetu, lastName=Singh)
Employee(id=6, age=15, gender=M, firstName=David, lastName=Feezor)
Employee(id=2, age=13, gender=F, firstName=Martina, lastName=Hengis)

这段代码如果以lambda表达式简写。箭头左侧是参数，右侧是函数体，参数类型和返回值根据上下文自动判断。如下：

employees.sort((em1,em2) -> {
    if(em1.getAge() == em2.getAge()){
        return 0;
    }
    return em1.getAge() - em2.getAge() > 0 ? -1:1;
});
employees.forEach(System.out::println);

7.Stream查找与匹配元素

在我们对数组或者集合类进行操作的时候，经常会遇到这样的需求，比如：

  • 是否包含某一个“匹配规则”的元素
  • 是否所有的元素都符合某一个“匹配规则”
  • 是否所有元素都不符合某一个“匹配规则”
  • 查找第一个符合“匹配规则”的元素
  • 查找任意一个符合“匹配规则”的元素

这些需求如果用for循环去写的话，还是比较麻烦的，需要使用到for循环和break！本节就介绍一个如何用Stream API来实现“查找与匹配”。

一、对比一下有多简单

employees是10个员工对象组成的List，在前面的章节中我们已经用过多次，这里不再列出代码。

如果我们不用Stream API实现，查找员工列表中是否包含年龄大于70的员工？代码如下：

boolean isExistAgeThan70 = false;
for(Employee employee:employees){
  if(employee.getAge() > 70){
    isExistAgeThan70 = true;
    break;
  }
}

如果我们使用Stream API就是下面的一行代码，其中使用到了我们之前学过的"谓词逻辑"。

boolean isExistAgeThan70 = employees.stream().anyMatch(Employee.ageGreaterThan70);

将谓词逻辑换成lambda表达式也可以，代码如下：

boolean isExistAgeThan72 = employees.stream().anyMatch(e -> e.getAge() > 72);

所以，我们介绍了第一个匹配规则函数：anyMatch，判断Stream流中是否包含某一个“匹配规则”的元素。这个匹配规则可以是lambda表达式或者谓词。

二、其他匹配规则函数介绍

  • 是否所有员工的年龄都大于10岁？allMatch匹配规则函数：判断是够Stream流中的所有元素都符合某一个"匹配规则"。
boolean isExistAgeThan10 = employees.stream().allMatch(e -> e.getAge() > 10);
  • 是否不存在小于18岁的员工？noneMatch匹配规则函数：判断是否Stream流中的所有元素都不符合某一个"匹配规则"。
boolean isExistAgeLess18 = employees.stream().noneMatch(e -> e.getAge() < 18);

三、元素查找与Optional

从列表中按照顺序查找第一个年龄大于40的员工。

Optional<Employee> employeeOptional
        =  employees.stream().filter(e -> e.getAge() > 40).findFirst();
System.out.println(employeeOptional.get());

打印结果

Employee(id=3, age=43, gender=M, firstName=Ricky, lastName=Martin)

Optional类代表一个值存在或者不存在。在java8中引入，这样就不用返回null了。

  • isPresent() 将在 Optional 包含值的时候返回 true , 否则返回 false 。
  • ifPresent(Consumer block) 会在值存在的时候执行给定的代码块。我们在第3章
    介绍了 Consumer 函数式接口；它让你传递一个接收 T 类型参数，并返回 void 的Lambda
    表达式。
  • T get() 会在值存在时返回值，否则?出一个 NoSuchElement 异常。
  • T orElse(T other) 会在值存在时返回值，否则返回一个默认值。

关于Optinal的各种函数用法请观看视频！B站观看地址

  • findFirst用于查找第一个符合“匹配规则”的元素，返回值为Optional
  • findAny用于查找任意一个符合“匹配规则”的元素，返回值为Optional

8.Stream集合元素归约

Stream API为我们提供了Stream.reduce用来实现集合元素的归约。reduce函数有三个参数：

  • Identity标识：一个元素，它是归约操作的初始值，如果流为空，则为默认结果。
  • Accumulator累加器：具有两个参数的函数：归约运算的部分结果和流的下一个元素。
  • Combiner合并器（可选）：当归约并行化时，或当累加器参数的类型与累加器实现的类型不匹配时，用于合并归约操作的部分结果的函数。
    img
    注意观察上面的图，我们先来理解累加器：
  • 阶段累加结果作为累加器的第一个参数
  • 集合遍历元素作为累加器的第二个参数

Integer类型归约

reduce初始值为0，累加器可以是lambda表达式，也可以是方法引用。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);
int result = numbers
        .stream()
        .reduce(0, (subtotal, element) -> subtotal + element);
System.out.println(result);  //21

int result = numbers
        .stream()
        .reduce(0, Integer::sum);
System.out.println(result); //21

String类型归约

不仅可以归约Integer类型，只要累加器参数类型能够匹配，可以对任何类型的集合进行归约计算。

List<String> letters = Arrays.asList("a", "b", "c", "d", "e");
String result = letters
        .stream()
        .reduce("", (partialString, element) -> partialString + element);
System.out.println(result);  //abcde


String result = letters
        .stream()
        .reduce("", String::concat);
System.out.println(result);  //ancde

复杂对象归约

计算所有的员工的年龄总和。

Employee e1 = new Employee(1,23,"M","Rick","Beethovan");
Employee e2 = new Employee(2,13,"F","Martina","Hengis");
Employee e3 = new Employee(3,43,"M","Ricky","Martin");
Employee e4 = new Employee(4,26,"M","Jon","Lowman");
Employee e5 = new Employee(5,19,"F","Cristine","Maria");
Employee e6 = new Employee(6,15,"M","David","Feezor");
Employee e7 = new Employee(7,68,"F","Melissa","Roy");
Employee e8 = new Employee(8,79,"M","Alex","Gussin");
Employee e9 = new Employee(9,15,"F","Neetu","Singh");
Employee e10 = new Employee(10,45,"M","Naveen","Jain");


List<Employee> employees = Arrays.asList(e1, e2, e3, e4, e5, e6, e7, e8, e9, e10);


Integer total = employees.stream().map(Employee::getAge).reduce(0,Integer::sum);
System.out.println(total); //346
  • 先用map将Stream流中的元素由Employee类型处理为Integer类型（age）。
  • 然后对Stream流中的Integer类型进行归约

Combiner合并器的使用

除了使用map函数实现类型转换后的集合归约，我们还可以用Combiner合并器来实现，这里第一次使用到了Combiner合并器。
因为Stream流中的元素是Employee，累加器的返回值是Integer，所以二者的类型不匹配。这种情况下可以使用Combiner合并器对累加器的结果进行二次归约，相当于做了类型转换。

Integer total3 = employees.stream()
        .reduce(0,(totalAge,emp) -> totalAge + emp.getAge(),Integer::sum); //注意这里reduce方法有三个参数
System.out.println(total); //346

计算结果和使用map进行数据类型转换的方式是一样的。

并行流数据归约（使用合并器）

对于大数据量的集合元素归约计算，更能体现出Stream并行流计算的威力。
img
在进行并行流计算的时候，可能会将集合元素分成多个组计算。为了更快的将分组计算结果累加，可以使用合并器。

Integer total2 = employees
        .parallelStream()
        .map(Employee::getAge)
        .reduce(0,Integer::sum,Integer::sum);  //注意这里reduce方法有三个参数

System.out.println(total); //346

9.StreamAPI终端操作

一、Java Stream管道数据处理操作

在本号之前写过的文章中，曾经给大家介绍过 Java Stream管道流是用于简化集合类元素处理的java API。在使用的过程中分为三个阶段。在开始本文之前，我觉得仍然需要给一些新朋友介绍一下这三个阶段，如图：

Java Stream函数式编程？用过都说好，案例图文详解送给你

  • 第一阶段(图中蓝色)：将集合、数组、或行文本文件转换为java Stream管道流
  • 第二阶段(图中虚线部分)：管道流式数据处理操作，处理管道中的每一个元素。上一个管道中的输出元素作为下一个管道的输入元素。
  • 第三阶段(图中绿色)：管道流结果处理操作，也就是本文的将介绍的核心内容。

在开始学习之前，仍然有必要回顾一下我们之前给大家讲过的一个例子：

List<String> nameStrs = Arrays.asList("Monkey", "Lion", "Giraffe","Lemur");

List<String> list = nameStrs.stream()
        .filter(s -> s.startsWith("L"))
        .map(String::toUpperCase)
        .sorted()
        .collect(toList());
System.out.println(list);
  • 首先使用stream()方法将字符串List转换为管道流Stream
  • 然后进行管道数据处理操作，先用fliter函数过滤所有大写L开头的字符串，然后将管道中的字符串转换为大写字母toUpperCase，然后调用sorted方法排序。这些API的用法在本号之前的文章有介绍过。其中还使用到了lambda表达式和函数引用。
  • 最后使用collect函数进行结果处理，将java Stream管道流转换为List。最终list的输出结果是:[LEMUR, LION]

如果你不使用java Stream管道流的话，想一想你需要多少行代码完成上面的功能呢？回到正题，这篇文章就是要给大家介绍第三阶段：对管道流处理结果都可以做哪些操作呢？下面开始吧！

二、ForEach和ForEachOrdered

如果我们只是希望将Stream管道流的处理结果打印出来，而不是进行类型转换，我们就可以使用forEach()方法或forEachOrdered()方法。

Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur", "Lion")
        .parallel()
        .forEach(System.out::println);
Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur", "Lion")
        .parallel()
        .forEachOrdered(System.out::println);
  • parallel()函数表示对管道中的元素进行并行处理，而不是串行处理，这样处理速度更快。但是这样就有可能导致管道流中后面的元素先处理，前面的元素后处理，也就是元素的顺序无法保证
  • forEachOrdered从名字上看就可以理解，虽然在数据处理顺序上可能无法保障，但是forEachOrdered方法可以在元素输出的顺序上保证与元素进入管道流的顺序一致。也就是下面的样子（forEach方法则无法保证这个顺序）：
Monkey
Lion
Giraffe
Lemur
Lion

三、元素的收集collect

java Stream 最常见的用法就是：一将集合类转换成管道流，二对管道流数据处理，三将管道流处理结果在转换成集合类。那么collect()方法就为我们提供了这样的功能：将管道流处理结果在转换成集合类。

3.1.收集为Set

通过Collectors.toSet()方法收集Stream的处理结果，将所有元素收集到Set集合中。

Set<String> collectToSet = Stream.of(
   "Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur", "Lion"
) 
.collect(Collectors.toSet());

//最终collectToSet 中的元素是:[Monkey, Lion, Giraffe, Lemur]，注意Set会去重。

3.2.收集到List

同样，可以将元素收集到List使用toList()收集器中。

List<String> collectToList = Stream.of(
   "Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur", "Lion"
).collect(Collectors.toList());

// 最终collectToList中的元素是: [Monkey, Lion, Giraffe, Lemur, Lion]

3.3.通用的收集方式

上面为大家介绍的元素收集方式，都是专用的。比如使用Collectors.toSet()收集为Set类型集合；使用Collectors.toList()收集为List类型集合。那么，有没有一种比较通用的数据元素收集方式，将数据收集为任意的Collection接口子类型。
所以，这里就像大家介绍一种通用的元素收集方式，你可以将数据元素收集到任意的Collection类型：即向所需Collection类型提供构造函数的方式。

LinkedList<String> collectToCollection = Stream.of(
   "Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur", "Lion"
).collect(Collectors.toCollection(LinkedList::new));

//最终collectToCollection中的元素是: [Monkey, Lion, Giraffe, Lemur, Lion]

注意：代码中使用了LinkedList::new，实际是调用LinkedList的构造函数，将元素收集到Linked List。当然你还可以使用诸如LinkedHashSet::new和PriorityQueue::new将数据元素收集为其他的集合类型，这样就比较通用了。

3.4.收集到Array

通过toArray(String[]::new)方法收集Stream的处理结果，将所有元素收集到字符串数组中。

String[] toArray = Stream.of(
   "Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur", "Lion"
) .toArray(String[]::new);

//最终toArray字符串数组中的元素是: [Monkey, Lion, Giraffe, Lemur, Lion]

3.5.收集到Map

使用Collectors.toMap()方法将数据元素收集到Map里面，但是出现一个问题：那就是管道中的元素是作为key，还是作为value。我们用到了一个Function.identity()方法，该方法很简单就是返回一个“ t -> t ”（输入就是输出的lambda表达式）。另外使用管道流处理函数distinct()来确保Map键值的唯一性。

Map<String, Integer> toMap = Stream.of(
    "Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur", "Lion"
)
.distinct()
.collect(Collectors.toMap(
       Function.identity(),   //元素输入就是输出，作为key
       s -> (int) s.chars().distinct().count()// 输入元素的不同的字母个数，作为value
));

// 最终toMap的结果是: {Monkey=6, Lion=4, Lemur=5, Giraffe=6}

3.6.分组收集groupingBy

Collectors.groupingBy用来实现元素的分组收集，下面的代码演示如何根据首字母将不同的数据元素收集到不同的List，并封装为Map。

Map<Character, List<String>> groupingByList =  Stream.of(
    "Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur", "Lion"
)
.collect(Collectors.groupingBy(
       s -> s.charAt(0) ,  //根据元素首字母分组，相同的在一组
       // counting()        // 加上这一行代码可以实现分组统计
));

// 最终groupingByList内的元素: {G=[Giraffe], L=[Lion, Lemur, Lion], M=[Monkey]}
//如果加上counting() ，结果是:  {G=1, L=3, M=1}

这是该过程的说明：groupingBy第一个参数作为分组条件，第二个参数是子收集器。

四、其他常用方法

boolean containsTwo = IntStream.of(1, 2, 3).anyMatch(i -> i == 2);
// 判断管道中是否包含2，结果是: true

long nrOfAnimals = Stream.of(
    "Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur"
).count();
// 管道中元素数据总计结果nrOfAnimals: 4

int sum = IntStream.of(1, 2, 3).sum();
// 管道中元素数据累加结果sum: 6

OptionalDouble average = IntStream.of(1, 2, 3).average();
//管道中元素数据平均值average: OptionalDouble[2.0]


int max = IntStream.of(1, 2, 3).max().orElse(0);
//管道中元素数据最大值max: 3


IntSummaryStatistics statistics = IntStream.of(1, 2, 3).summaryStatistics();
// 全面的统计结果statistics: IntSummaryStatistics{count=3, sum=6, min=1, average=2.000000, max=3}

10.java8如何排序Map

在这篇文章中，您将学习如何使用Java对Map进行排序。前几日有位朋友面试遇到了这个问题，看似很简单的问题，但是如果不仔细研究一下也是很容易让人懵圈的面试题。所以我决定写这样一篇文章。在Java中，有多种方法可以对Map进行排序，但是我们将重点介绍Java 8 Stream，这是实现目标的一种非常优雅的方法。

一、什么是Java 8 Stream

使用Java 8 Streams，我们可以按键和按值对映射进行排序。下面是它的工作原理：
Java Stream函数式编程？用过都说好，案例图文详解送给你

  1. 将Map或List等集合类对象转换为Stream对象
  2. 使用Streams的sorted()方法对其进行排序
  3. 最终将其返回为LinkedHashMap（可以保留排序顺序）

sorted()方法以aComparator作为参数，从而可以按任何类型的值对Map进行排序。如果对Comparator不熟悉，可以看本号前几天的文章，有一篇文章专门介绍了使用Comparator对List进行排序。

二、学习一下HashMap的merge()函数

在学习Map排序之前，有必要讲一下HashMap的merge()函数，该函数应用场景就是当Key重复的时候，如何处理Map的元素值。这个函数有三个参数：

  • 参数一：向map里面put的键
  • 参数二：向map里面put的值
  • 参数三：如果键发生重复，如何处理值。可以是一个函数，也可以写成lambda表达式。
        String k = "key";
        HashMap<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>() {{
            put(k, 1);
        }};
        map.merge(k, 2, (oldVal, newVal) -> oldVal + newVal);

看上面一段代码，我们首先创建了一个HashMap，并往里面放入了一个键值为k:1的元素。当我们调用merge函数，往map里面放入k:2键值对的时候，k键发生重复，就执行后面的lambda表达式。表达式的含义是：返回旧值oldVal加上新值newVal(1+2)，现在map里面只有一项元素那就是k:3。

其实lambda表达式很简单：表示匿名函数，箭头左侧是参数，箭头右侧是函数体。函数的参数类型和返回值，由代码上下文来确定。

三、按Map的键排序

下面一个例子使用Java 8 Stream按Map的键进行排序：

// 创建一个Map，并填入数据
Map<String, Integer> codes = new HashMap<>();
codes.put("United States", 1);
codes.put("Germany", 49);
codes.put("France", 33);
codes.put("China", 86);
codes.put("Pakistan", 92);

// 按照Map的键进行排序
Map<String, Integer> sortedMap = codes.entrySet().stream()    
        .sorted(Map.Entry.comparingByKey())
        .collect(
                Collectors.toMap(
                    Map.Entry::getKey, 
                    Map.Entry::getValue,
                    (oldVal, newVal) -> oldVal,
                    LinkedHashMap::new
                )
        );

// 将排序后的Map打印
sortedMap.entrySet().forEach(System.out::println);

看上文中第二段代码：

  • 首先使用entrySet().stream() 将Map类型转换为Stream流类型。
  • 然后使用sorted方法排序，排序的依据是Map.Entry.comparingByKey()，也就是按照Map的键排序
  • 最后用collect方法将Stream流转成LinkedHashMap。 其他参数都好说，重点看第三个参数，就是一个merge规则的lambda表达式，与merge方法的第三个参数的用法一致。由于本例中没有重复的key，所以新值旧值随便返回一个即可。

上面的程序将在控制台上打印以下内容，键（国家/地区名称）以自然字母顺序排序：

China=86
France=33
Germany=49
Pakistan=92
United States=1

请注意使用LinkedHashMap来存储排序的结果以保持顺序。默认情况下，Collectors.toMap()返回HashMap。HashMap不能保证元素的顺序。

如果希望按照键进行逆向排序，加入下图中红色部分代码即可。

四、按Map的值排序

当然，您也可以使用Stream API按其值对Map进行排序：

Map<String, Integer> sortedMap2 = codes.entrySet().stream()
        .sorted(Map.Entry.comparingByValue())
        .collect(Collectors.toMap(
                Map.Entry::getKey,
                Map.Entry::getValue,
                (oldVal, newVal) -> oldVal,
                LinkedHashMap::new));

sortedMap2.entrySet().forEach(System.out::println);

这是显示Map按值排序的输出：

United States=1
France=33
Germany=49
China=86
Pakistan=92

五、使用TreeMap按键排序

大家可能都知道TreeMap内的元素是有顺序的，所以利用TreeMap排序也是可取的一种方法。您需要做的就是创建一个TreeMap对象，并将数据从HashMapput到TreeMap中，非常简单：

// 将 `HashMap` 转为 `TreeMap`
Map<String, Integer> sorted = new TreeMap<>(codes);

这是输出：

China=86
France=33
Germany=49
Pakistan=92
United States=1

如上所示，键（国家/地区名称）以自然字母顺序排序。

最后：上文代码

String k = "key";
HashMap<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>() {{
    put(k, 1);
}};
map.merge(k, 2, (oldVal, newVal) -> oldVal + newVal);

// 创建一个Map，并填入数据
Map<String, Integer> codes = new HashMap<>();
codes.put("United States", 1);
codes.put("Germany", 49);
codes.put("France", 33);
codes.put("China", 86);
codes.put("Pakistan", 92);

// 按照Map的键进行排序
Map<String, Integer> sortedMap = codes.entrySet().stream()
        .sorted(Map.Entry.comparingByKey())
        .collect(
                Collectors.toMap(
                    Map.Entry::getKey,
                    Map.Entry::getValue,
                    (oldVal, newVal) -> oldVal,
                    LinkedHashMap::new
                )
        );

// 将排序后的Map打印
sortedMap.entrySet().forEach(System.out::println);

// sort the map by values
Map<String, Integer> sorted = codes.entrySet().stream()
        .sorted(Map.Entry.comparingByValue())
        .collect(Collectors.toMap(
                Map.Entry::getKey,
                Map.Entry::getValue,
                (oldVal, newVal) -> oldVal,
                LinkedHashMap::new));

sorted.entrySet().forEach(System.out::println);
posted @ 2020-06-22 17:23  风不辞  阅读(542)  评论(0)  编辑  收藏  举报