Java8新特性 - Stream API

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对集合进行操作，就类似与使用SQL执行的数据库操作。也可以使用Stream API来并行执行操作。简而言之，Stream API 提供了一种高效且易于使用的处理数据的方式。

什么是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，流讲的是计算

PS：

• 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

下面的图可以比较直观的反映这一过程：

• 创建Stream
  一个数据源（数组、集合等），获取一个流
• 中间操作
  一个中间操作链，对数据源的数据进行处理
• 终止操作（终端操作）
  一个终止操作，执行中间操作链，并产生结果

创建Stream

通过Collection系列集合提供的stream()或parallelStream()

Java8中的Collection接口被扩展，提供了两个获取流的方法：

• default Stream stream()：返回一个顺序流
• default Stream parallelStream()：返回一个并行流

示例代码：

List<Integer> list = new ArrayList<>();
Stream<Integer> stream1 = list.stream();
Stream<Integer> stream2 = list.parallelStream();

由数组创建流

Java8的Arrays的静态方法stream()可以获取数据流

• static Stream stream(T[] arrays)：返回一个流

示例代码：

Integer[] integers = new Integer[10];
Stream<Integer> stream = Arrays.stream(integers);

由值创建流

通过Stream类中的静态方法of()，通过显示值创建一个流，可以接收任意数量的参数

• public static Stream of(T ... values)：返回一个流

示例代码：

Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3);

创建无限流

使用静态方法Stream.iterate()和Stream.generate()，创建无限流

• 迭代：public static Stream iterate(final T seed, final UnaryOperator f)
• 生成：public static Stream generate(Supplier s)

示例代码：

// 迭代
Stream stream1 = Stream.iterate(0, (x) ->  x + 2);
// 生成
Stream stream2 = Stream.generate(() -> Math.random());

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，称之为“惰性求值”。

筛选与切片

• filter：结合搜lambda，从流中排除元素
• limit：截断流，使其元素不超过给定数量
• skip(n)：跳过元素，返回一个删除了前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
• distinct：筛选，通过流所生成的元素的hashCode()和equals()去除重复元素

示例代码：

public class TestStreamApi {
    private static List<Demo> demoList = Arrays.asList(
            new Demo(1, "哈哈哈"),
            new Demo(2, "嘿嘿嘿嘿"),
            new Demo(3, "呵呵呵"),
            new Demo(4, "恩恩恩恩"),
            new Demo(5, "哼哼哼"),
            new Demo(6, "啧啧啧"),
            new Demo(5, "哼哼哼"),
            new Demo(8, "哼")
    );

    public static void main(String[] args) {
        // 中间操作不会执行任何操作
        Stream<Demo> demoStream = demoList.stream()
                .filter((x) -> x.getRemark().length() == 3)
                .limit(4)
                .skip(1)
                .distinct();

        // 终止操作一次性执行全部内容
        // 内部迭代：迭代操作由Stream API完成
        demoStream.forEach(System.out::println);
    }
}

运行结果：
3-呵呵呵
5-哼哼哼
6-啧啧啧

注意：distinct筛选通过流所生成的元素的hashCode()和equals()去除重复元素，所以需要重写Demo的hashCode()和equals()方法。

映射

• map：接收Lambda，将元素转换成其它形式或提取信息；接收一个函数作为参数，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
• flatMap：接收一个函数作为参数，将流中的每个值都换成另一个流，然后把所有的流连接成一个流

示例代码：

public class TestStreamApi {
    private static List<Demo> demoList = Arrays.asList(
            new Demo(1, "哈哈哈"),
            new Demo(2, "嘿嘿嘿嘿")
    );

    public static void main(String[] args) {
        demoList.stream()
                .map(Demo::getRemark)
                .flatMap(TestStreamApi :: filterCharacter)
                .forEach(System.out::println);
    }

    public static Stream<Character> filterCharacter(String str) {
        List<Character> list = new ArrayList<>();
        for (Character c : str.toCharArray()) {
            list.add(c);
        }
        return list.stream();
    }
}

运行结果：
哈
哈
哈
嘿
嘿
嘿
嘿

排序

• sorted()：自然排序
• sorted(Comparator c)：定制排序

示例代码：

public class TestStreamApi {
    private static List<Demo> demoList = Arrays.asList(
            new Demo(5, "哈哈哈"),
            new Demo(2, "嘿嘿嘿嘿"),
            new Demo(3, "呵呵呵"),
            new Demo(2, "哼哼哼"),
            new Demo(5, "啧啧啧")
    );

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = Arrays.asList("aaa", "bbb", "ccc");
        list.stream()
                .sorted()
                .forEach(System.out::println);
        System.out.println("----------");
        demoList.stream()
                .sorted((x, y) -> {
                    if (x.getNum().equals(y.getNum())) {
                        return x.getRemark().compareTo(y.getRemark());
                    } else {
                        return x.getNum().compareTo(y.getNum());
                    }
                })
                .forEach(System.out::println);
    }
}

运行结果：
aaa
bbb
ccc

2-哼哼哼
2-嘿嘿嘿嘿
3-呵呵呵
5-哈哈哈
5-啧啧啧

终止操作

查找与匹配

• allMatch：检查是否匹配所有元素
• anyMatch：检查是否匹配所有元素
• noneMatch：检查是否没有匹配所有元素
• findFirst：返回第一个元素
• findAny：返回当前流中的任意元素
• count：返回流中元素的总个数
• max：返回流中的最大值
• min：返回流中的最小值

示例代码：

public class TestStreamApi2 {
        private static List<Demo> demoList = Arrays.asList(
            new Demo("张三", 18, 6666.66, Demo.Status.BUSY),
            new Demo("李四", 38, 3333.33, Demo.Status.FREE),
            new Demo("王五", 28, 5555.55, Demo.Status.FREE),
            new Demo("赵六", 48, 7777.77, Demo.Status.BUSY),
            new Demo("王二麻子", 58, 8888.88, Demo.Status.VOCATION)

    );

    public static void main(String[] args) {
        // 是不是所有的对象都处于BUSY状态
        System.out.println(demoList.stream()
                .allMatch((d) -> d.getStatus().equals(Demo.Status.BUSY)));
        // 是否有对象处于BUSY状态
        System.out.println(demoList.stream()
                .anyMatch((d) -> d.getStatus().equals(Demo.Status.BUSY)));
        // 是否没有对象处于BUSY状态
        System.out.println(demoList.stream()
                .noneMatch((d) -> d.getStatus().equals(Demo.Status.BUSY)));
        // 获取工资最高的
        Optional<Demo> optionalDemo1 = demoList.stream()
                .sorted((x, y) -> -Double.compare(x.getSalary(), y.getSalary()))
                .findFirst();
        System.out.println(optionalDemo1.get());
        // 获取随机一个空闲的
        Optional<Demo> optionalDemo2 = demoList.stream()
                .filter((e) -> e.getStatus().equals(Demo.Status.FREE))
                .findAny();
        System.out.println(optionalDemo2.get());
        // 总数
        System.out.println(demoList.stream().count());
        // 工资最高的
        Optional<Demo> optionalDemo3 = demoList.stream()
                .max((x, y) -> Double.compare(x.getSalary(), y.getSalary()));
        System.out.println(optionalDemo3.get());
        // 最小的工资
        Optional<Double> optionalDemo4 = demoList.stream()
                .map(Demo::getSalary)
                .max(Double::compare);
        System.out.println(optionalDemo4.get());
    }
}

class Demo{
    // 姓名
    String name;
    // 年龄
    Integer age;
    // 工资
    Double salary;
    // 状态
    Status status;

    public Demo() {}

    public Demo(String name, Integer age, Double salary, Status status) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.salary = salary;
        this.status = status;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    public Double getSalary() {
        return salary;
    }

    public void setSalary(Double salary) {
        this.salary = salary;
    }

    public Status getStatus() {
        return status;
    }

    public void setStatus(Status status) {
        this.status = status;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Demo demo = (Demo) o;
        return name.equals(demo.name) &&
                age.equals(demo.age) &&
                salary.equals(demo.salary) &&
                status == demo.status;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age, salary, status);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Demo{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", salary=" + salary +
                ", status=" + status +
                '}';
    }

    public enum Status{
        FREE,
        BUSY,
        VOCATION
    }
}

运行结果：
false
true
false
Demo{name='王二麻子', age=58, salary=8888.88, status=VOCATION}
Demo{name='李四', age=38, salary=3333.33, status=FREE}
5
Demo{name='王二麻子', age=58, salary=8888.88, status=VOCATION}
8888.88

归约

• reduce(T identify, BinaryOperator) / reduce(BinaryOperator)：可以将流中元素反复结合起来，得到一个值

示例代码：

public class TestStreamApi3 {
    private static List<Demo> demoList = Arrays.asList(
            new Demo("张三", 18, 6666.66, Demo.Status.BUSY),
            new Demo("李四", 38, 3333.33, Demo.Status.FREE),
            new Demo("王五", 28, 5555.55, Demo.Status.FREE),
            new Demo("赵六", 48, 7777.77, Demo.Status.BUSY),
            new Demo("王二麻子", 58, 8888.88, Demo.Status.VOCATION)
    );

    public static void main(String[] args) {
        Optional<Double> optional = demoList.stream()
                .map(Demo::getSalary)
                .reduce(Double::sum);
        System.out.println(optional.get());
    }
}

运行结果：
32222.190000000002

收集

• collect：将流转换为其他形式。接收一个Collection接口的实现，用于给Stream中元素做汇总的方法

Collectors接口中方法的实现决定了如何对流执行收集操作（如搜集到List、Set、Map）。

• toList：把流中元素收集到List
• toSet：把流中元素收集到Set
• toCollection：把流中元素收集到创建的集合
• counting：计算流中元素的个数
• summingInt：对流中元素的整数属性求和
• averagingInt：计算流中元素Integer属性的平均值
• summarizingInt：收集流中Integer属性的统计值
• jioning：连接流中的每个字符串
• maxBy：根据比较器选择最大值
• minBy：根据比较器选择最小值
• reducing：从一个作为累加器的初始值开始，利用BinaryOperator与流中元素逐个结合，从而规约成单个值
• collectingAndThen：包裹另一个收集器，对其结果转换函数
• groupingBy：根据某个属性值对流分组，属性为K，结果为V
• partitioningBy：根据true、false进行分区

给定一个数组，方便测试：

    private static List<Demo> demoList = Arrays.asList(
            new Demo("张三", 18, 6666.66, Demo.Status.BUSY),
            new Demo("李四", 38, 3333.33, Demo.Status.FREE),
            new Demo("王五", 28, 5555.55, Demo.Status.FREE),
            new Demo("赵六", 48, 7777.77, Demo.Status.BUSY),
            new Demo("王二麻子", 58, 8888.88, Demo.Status.VOCATION)
    );

toList

示例代码：

// 收集 - toList
System.out.println("---------------->toList");
List<String> list = demoList.stream()
            .map(Demo::getName)
            .collect(Collectors.toList());
list.forEach(System.out::println);

运行结果：
张三
李四
王五
赵六
王二麻子

toSet

示例代码：

// 收集 - toSet
System.out.println("---------------->toSet");
Set<String> set = demoList.stream()
        .map(Demo::getName)
        .collect(Collectors.toSet());
set.forEach(System.out::println);

运行结果：
李四
张三
王二麻子
王五
赵六

toCollection

示例代码：

// 收集 - toCollection
System.out.println("---------------->toCollection");
HashSet<String> hashSet = demoList.stream()
        .map(Demo::getName)
        .collect(Collectors.toCollection(HashSet::new));
hashSet.forEach(System.out::println);

运行结果：
李四
张三
王二麻子
王五
赵六

counting

示例代码：

// 收集 - counting 计算总数
System.out.println("---------------->counting");
System.out.println(demoList.stream()
        .collect(Collectors.counting()));

运行结果：
5

summingInt

示例代码：

// 收集 - summingInt 计算年龄总和
System.out.println("---------------->summingInt");
System.out.println(demoList.stream()
        .collect(Collectors.summingInt(Demo::getAge)));

运行结果：
190

averagingInt

示例代码：

// 收集 - averagingInt 平均年龄
System.out.println("---------------->averagingInt");
System.out.println(demoList.stream()
        .collect(Collectors.averagingInt(Demo::getAge)));

运行结果：
38.0

summarizingInt

示例代码：

// 收集 - summarizingInt
System.out.println("---------------->summarizingInt");
IntSummaryStatistics summaryStatistics = demoList.stream()
        .collect(Collectors.summarizingInt(Demo::getAge));
// 最大值
System.out.println(summaryStatistics.getMax());
// 平均值
System.out.println(summaryStatistics.getAverage());
// 总和
System.out.println(summaryStatistics.getSum());

运行结果：
58
38.0
190

joining

示例代码：

// 收集 - joining 连接姓名
System.out.println("---------------->joining");
String s = demoList.stream()
        .map(Demo::getName)
        .collect(Collectors.joining(",", "开始->", "<-结束"));
System.out.println(s);

运行结果：
开始->张三,李四,王五,赵六,王二麻子<-结束

maxBy

示例代码：

// 收集 - maxBy 获取工资最高的人
System.out.println("---------------->maxBy");
Optional<Demo> max = demoList.stream()
        .collect(Collectors.maxBy((x, y) -> Double.compare(x.getSalary(), y.getSalary())));
System.out.println(max.get());

运行结果：
Demo{name='王二麻子', age=58, salary=8888.88, status=VOCATION}

minBy

示例代码：

// 收集 - minBy 获取最低的
System.out.println("---------------->minBy");
Optional<Double> min = demoList.stream()
        .map(Demo::getSalary)
        .collect(Collectors.minBy(Double::compare));
System.out.println(min.get());

运行结果：
3333.33

groupingBy

示例代码：

// 收集 - groupingBy 根据状态分组
System.out.println("---------------->groupingBy");
Map<Demo.Status, List<Demo>> group = demoList.stream()
        .collect(Collectors.groupingBy(Demo::getStatus));
System.out.println(group);
// 多级分组 先按状态分组,在按年龄分组
Map<Demo.Status, Map<String, List<Demo>>> group2 = demoList.stream()
        .collect(Collectors.groupingBy(Demo::getStatus, Collectors.groupingBy((x) -> {
            if (x.getAge() <= 30) {
                return "青年";
            } else if (x.getAge() <= 45) {
                return "中年";
            } else {
                return "老年";
            }
        })));
System.out.println(group2);

运行结果：
{VOCATION=[Demo{name='王二麻子', age=58, salary=8888.88, status=VOCATION}], FREE=[Demo{name='李四', age=38, salary=3333.33, status=FREE}, Demo{name='王五', age=28, salary=5555.55, status=FREE}], BUSY=[Demo{name='张三', age=18, salary=6666.66, status=BUSY}, Demo{name='赵六', age=48, salary=7777.77, status=BUSY}]}

partitioningBy

示例代码：

// 收集 - partitioningBy 分区
System.out.println("---------------->partitioningBy");
Map<Boolean, List<Demo>> partition = demoList.stream()
        .collect(Collectors.partitioningBy((x) -> x.getAge() > 30));
System.out.println(partition);

运行结果：