【再学一次系列】一文弄懂Stream API，基操勿6

卡诺来了
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「这是我参与2022首次更文挑战的第5天，活动详情查看：2022首次更文挑战」

前言

哈喽大家好，我是卡诺，一名致力于成为全栈的全粘工程师！

关于Lambda，通过「Lambda必知必会」、「Lambda内置函数式接口」「Lambda方法引用」三章内容的描述，相信大家已经有了基本的认识，也一定能够在项目中用起来！

在开发项目的中，集合是我们最常用的数据结构之一！但Java8以前，集合的操作并不算很好，比如：分组、取最大值，收集对象的某个属性等，我们一般通过SQL的语法来过滤，或通过Java中for循环的进行处理，这种方式还是蛮恼火的。估计Java8的设计者也知晓这种问题吧，所以才会为我们带来Stream(流) 。本章将Stream结合之前的Lambda语法进行阐述，希望通过本章阅读，不仅学习Stream流相关的骚操作，而且还能对Lambda运用更加熟练！

Stream简介

stream流是通过一组原始数据源转化生成的元素序列，支持数据处理操作（类似数据库的部分操作）同时也支持类其他函数式编程语言中的常用操作，如：filter、map等，流的主要目的就是进行表达计算。

Stream生命周期

我将流的操作步骤称之为生命周期，这其中就类似于一瓶矿泉水的生产：获取水源->进入祛除杂质工作台->进入添加有益矿物质工作台->装瓶

  • 获取水源（准备原始数据）：生成流的元素序列；
  • 进入工作台（多个工作台）：流的中间操作，可以有多个中间操作进行衔接，中间操作返回的结果还是一个流；
  • 装瓶（结束工作）：流的终端操作，无返回值，或返回一个非流结果。

Stream操作

创建流

创建流的方式常见包括：Collections.stream()、Stream.of(args)

创建初始流，包含三个属性(值)：姓名（卡诺1 ~ 卡诺5）、年龄（11 ~ 15）、性别（0 / 1） ，后续操作均基于此数据

/**
 * 初始化用户元素序列
 * @return
 */
public Stream<User> userStream() {
    // 初始化集合数据
    List<User> users = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        users.add(new User("卡诺" + (i + 1), 10 + (i + 1), i % 2));
    }
    // 通过元数据构建构建元素序列
    return users.stream();
}

中间操作

filter 过滤器

接受一个Predicate表达式，筛选满足条件的数据

 public void testFilter(){
   userStream()
           .filter(user -> user.getAge() > 14) // 筛选出年龄大于14岁的user
           .forEach(System.out::println); // 遍历: User(name=卡诺5, age=15, gender=0)
 }

注意： ：forEach为终端操作

sort 排序

存在重载方法，sorted(), sorted(Comparator<? super T> comparator)

public void testSort(){
     userStream()
             .sorted((u1, u2) -> u2.getAge() - u1.getAge()) // 增加一个比较器，按照年龄降序
             .forEach(System.out::println); // 遍历，倒叙输出所有
 }

limit 截断流

获取指定个数的元素，如果指定数超出，那么有多少返回多少

userStream()
                .sorted((u1, u2) -> u2.getAge() - u1.getAge())// 增加一个比较器，按照年龄降序
                .limit(1) // 获取排序后的第一个数据
                .forEach(System.out::println); // 遍历: User(name=卡诺5, age=15, index=0)

skip 跳过

跳过指定个数元素，如果指定个数超出，那么返回一个空流

public void testSkip(){
        userStream()
                .skip(4) // 跳过前四个
                .forEach(System.out::println); // 遍历: User(name=卡诺5, age=15, index=0)
    }

distinct 去重

如果操作的元素是对象，则依据对象的hashcode和equals进行去重

public void testDistinct(){
        Stream.of(1, 1, 3, 2, 3)
                .distinct() // 去重
                .forEach(System.out::print); // 132
    }

map 映射

将流中元素通过操作变成新的元素，接受一个Function表达式

public void testMap(){
        userStream()
                .map(User::getName) // 映射出所有名字
                .forEach(System.out::print); // 卡诺1卡诺2卡诺3卡诺4卡诺5
    }

flatMap 映射

将元素变成新的流，然后把多个新的流再变成一个流

public void testFlatMap(){
    // 将名字构建成Stream流
   Function<User, Stream<String>> flatMapFunction = user -> Stream.<String>builder().add(user.getName()).build();
   // map
   userStream()
           .map(flatMapFunction) // 接收一个Stream
           .forEach(System.out::println); // java.util.stream.ReferencePipeline$Head@7a1ebcd8
   // flatMap
   userStream()
           .flatMap(flatMapFunction) // 接收一个Stream
           .forEach(System.out::print); // 卡诺1卡诺2卡诺3卡诺4卡诺5
}

通过上面的案例可以看出，map返回的是名字构建成Stream流，flatMap则是将返回的流的泛型值平铺合并成一个新的数据元素序列

终端操作

  • forEach 遍历元素
public void testForEach(){
    userStream().forEach(System.out::println);
}

count 统计总数

类似SQL中的count，统计数据

public void testCount(){
    long count = userStream().count();
    System.out.println(count); // 5
}

max 获取最大值

max参数为比较器函数，返回类型是Optional（这个我们有章节专门讨论）

public void testMax() {
    Integer max = Stream.of(1, 2, 3, 4).max(Comparator.comparingInt(t -> t)).get();
    System.out.println(max); // 4
}

注意： Comparator.comparingInt(t -> t) 与t1, t2）-> t1 - t2等价，是Java为我们封装好的Lambda写法。

min 获取最小值

与max用法一致

public void testMin() {
    Integer min = Stream.of(1, 2, 3, 4).min(Comparator.comparingInt(t -> t)).get();
    System.out.println(min); // 1
}

findFirst 获取第一个

返回类型是Optional，如果值不存在，返回的是空的Optional

public void testFindFirst() {
    Optional<User> firstUser = userStream().findFirst();
    System.out.println(firstUser.get()); // User(name=卡诺1, age=11, gender=0)
}

findAny 获取任意一个

使用方式类比findFirst，获取任意一个(串行流中一般返回的是第一个，并行流中是随机的)

public void testFindAny() {
    // 串行流
    Optional<Integer> findAny = Stream.of(1, 2, 3, 4).findAny();
    System.out.println(findAny.get());
    // 并行流
    Optional<Integer> findAny2 = Stream.of(1, 2, 3, 4).parallel().findAny();
    System.out.println(findAny2.get());
}

注意： parallel()可以将串行流转化成并行流

allMatch、anyMatch、noneMacth

接收一个Predicate类型的表达式

  • allMacth 全部匹配
public void testAllMatch() {
    // 判断元素是否都大于3
    Predicate<Integer> predicate = (i) -> i > 3;
    boolean allGt3 = Stream.of(1, 2, 3, 4).allMatch(predicate);
    System.out.println(allGt3); // false
    allGt3 = Stream.of(4, 5, 6).allMatch(predicate);
    System.out.println(allGt3); // true
}
  • anyMatch 至少匹配一个
public void testAnyMatch() {
    // 判断是否存在大于3的元素
    Predicate<Integer> predicate = (i) -> i > 3;
    boolean anyGt3 = Stream.of(1, 2).anyMatch(predicate);
    System.out.println(anyGt3); // false
    anyGt3 = Stream.of(4, 5, 6).anyMatch(predicate);
    System.out.println(anyGt3); // true
}
  • noneMacth 没有匹配任何一个
public void testNoneMatch() {
    // 判断是否存在大于3的元素
    Predicate<Integer> predicate = (i) -> i > 3;
    boolean anyGt3 = Stream.of(1, 2).noneMatch(predicate);
    System.out.println(anyGt3); // true
    anyGt3 = Stream.of(4, 5, 6).noneMatch(predicate);
    System.out.println(anyGt3); // false
}

reduce 归约

将元素序列通过指定的算法反复结合，最终得到一个结果，一般用来计算sum等，reduce是个重载方法，包含单参、双参数、三参数

  • 单参数reduce(BinaryOperator<T> accumulator)、双参数reduce(T identity, BinaryOperator<T> accumulator)演示:

    • 双参数中，第一个入参可以认为是一个初始化数据
public void testReduce() {
    // 求和
    Optional<Integer> reduceOptional = Stream.of(1, 2).reduce(Integer::sum);
    System.out.println(reduceOptional.get()); // 3
    // 求和，增加一个初始化值参与计算
    Integer reduce = Stream.of(1, 2).reduce(1, Integer::sum);
    System.out.println(reduce); // 4
}

  • 三参数reduce(U identity, BiFunction<U, ? super T, U> accumulator, BinaryOperator<U> combiner)演示

    • 三参数比较特殊，第三个参数在串行流中不触发，效果等同与双参，但在并行流它用于合并计算，我们直接看例子
public void testReduce2() {
        // 并行流三参
        Integer sum = Stream.of(1, 2, 3).parallel().reduce(4, (t1, t2) -> {
            String log = String.join(" | ","中间参数", Thread.currentThread().getName(), t1 + " + " + t2);
            System.out.println(log);
            return t1 + t2;
        }, (t1, t2) -> {
            String log = String.join(" | ", "第三个参数", Thread.currentThread().getName(), t1 + " + " + t2);
            System.out.println(log);
          return t1 + t2 ;
        });
        System.out.println(sum); //5
 		// 串行流三参
        sum = Stream.of(1, 2, 3).reduce(4, (t1, t2) -> {
            String log = String.join(" | ","中间参数", Thread.currentThread().getName(), t1 + " + " + t2);
            System.out.println(log);
            return t1 + t2;
        }, (t1, t2) -> {
            System.out.println("执行了第三个参数");
          return t1 + t2 ;
        });
        System.out.println(sum); // 3
    }

输出结果为：

中间参数 | main | 4 + 2
中间参数 | ForkJoinPool.commonPool-worker-9 | 4 + 1
中间参数 | ForkJoinPool.commonPool-worker-2 | 4 + 3
第三个参数 | ForkJoinPool.commonPool-worker-2 | 6 + 7
第三个参数 | ForkJoinPool.commonPool-worker-2 | 5 + 13
18
中间参数 | main | 4 + 1
中间参数 | main | 5 + 2
中间参数 | main | 7 + 3
10

通过上述输出结果可以看出，并行流中第二个参数使用初始值分别和流中每个元素相加，得出的结果再交给第三个参数进行合并，看起来怪怪的，一般归约操作我只用到单参和双参，三参函数没用过，大家有用过这种嘛？

collect 收集

将结果收集为多种类型：常用的有collect(Collectors.toList())、collect(Collectors.toSet())、collect(Collectors.toMap()) 、 collect(Collectors.groupingBy())，更多的查看java.util.stream.Collectors下提供的方法！

public void testCollect() {
    // collect(Collectors.toList()) 收集为list
    List<String> nameList = userStream().map(User::getName).collect(Collectors.toList());
    System.out.println(nameList); // [卡诺1, 卡诺2, 卡诺3, 卡诺4, 卡诺5]
    
    // collect(Collectors.toSet()) 搜集为set
    Set<Integer> set = Arrays.asList(1, 2, 3, 1).stream().collect(Collectors.toSet());
    System.out.println(set); // [1, 2, 3]
    
    // collect(Collectors.toMap()) 根据名称收集为map，如果key重复需要使用toMap的三参数，设置为覆盖
    Map<String, User> firstUserMap = userStream().limit(1).collect(Collectors.toMap(User::getName, Function.identity()));
    System.out.println(firstUserMap); // {卡诺1=User(name=卡诺1, age=11, gender=0)}
    
    // collect(Collectors.groupingBy()) 根据名称分组
    Map<String, List<User>> collect = userStream().limit(1).collect(Collectors.groupingBy(User::getName));
    System.out.println(collect); // {卡诺1=[User(name=卡诺1, age=11, gender=0)]}
}

以上仅列出常见的Stream操作，Lambda中有特化的内置函数接口，Stream也有，比如：IntStream、LongStream等，使用流程和Stream一样，或增加一些常用的统计方法比如sum等，这里就不做详细讲解啦，大家可以在用的时候进行查看！

parallelstream并行流

上面我们探讨的大都是串行流，而Java同样也为我们提供了更加快捷的并行处理方式，并行流就是将一块内容分成多块交由不同的线程处理，线程池由ForkJoinPool.commonPool()提供，底层使用Fork/Join框架实现，而串行流转化成并行流的方式也很简单，如下：

Stream.of().parallel()

并行流的代码整体操作与串行流几乎无异，但是由于它使用的公共ForkJoinPool。所以尽可能避免操作阻塞、重量级的任务，否则会导致其他依赖并行流的部分变得缓慢。

源码

总结

  • 本章主要针对Stream进行讲解，并结合Lambda给出相关案例；
  • Stream使用包括：创建流->中间操作->终端操作，其中中间操作可以包含多个；
  • parallelstream并行流需要考虑线程安全的相关问题（死锁、事物等）所以它更适合没有线程安全问题的数据处理，stream则适合线程安全、阻塞、重量级任务的处理；

关联文章

👉【再学一次系列】

最后

  • 感谢铁子们耐心看到最后，如果大家感觉本文有所帮助，麻烦给个赞👍或关注➕；
  • 由于本人技术有限，文章和代码可能存在错误，希望大家评论指出，万分感激🙏；
  • 同时也欢迎大家V我一起讨论学习前端、Java知识，一起卷一起进步。
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