Java8處理集合的優雅姿勢之Stream

2024-07-14 08:43:49

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前言

在Java中，集合和數組是我們經常會用到的數據結構，需要經常對他們做增、刪、改、查、聚合、統計、過濾等操作。相比之下，關系型數據庫中也同樣有這些操作，但是在Java 8之前，集合和數組的處理并不是很便捷。

不過，這一問題在Java 8中得到了改善，Java 8 API添加了一個新的抽象稱為流Stream，可以讓你以一種聲明的方式處理數據。本文就來介紹下如何使用Stream。特別說明一下，關于Stream的性能及原理不是本文的重點，如果大家感興趣后面會出文章單獨介紹。

1.Stream介紹

Stream 使用一種類似用 SQL 語句從數據庫查詢數據的直觀方式來提供一種對 Java 集合運算和表達的高階抽象。

Stream API可以極大提高Java程序員的生產力，讓程序員寫出高效率、干凈、簡潔的代碼。

這種風格將要處理的元素集合看作一種流，流在管道中傳輸，并且可以在管道的節點上進行處理，比如篩選，排序，聚合等。

Stream有以下特性及優點：

無存儲。Stream不是一種數據結構，它只是某種數據源的一個視圖，數據源可以是一個數組，Java容器或I/O channel等。
為函數式編程而生。對Stream的任何修改都不會修改背后的數據源，比如對Stream執行過濾操作并不會刪除被過濾的元素，而是會產生一個不包含被過濾元素的新Stream。
惰式執行。Stream上的操作并不會立即執行，只有等到用戶真正需要結果的時候才會執行。
可消費性。Stream只能被“消費”一次，一旦遍歷過就會失效，就像容器的迭代器那樣，想要再次遍歷必須重新生成。

我們舉一個例子，來看一下到底Stream可以做什么事情：

Java8,Stream

上面的例子中，獲取一些帶顏色塑料球作為數據源，首先過濾掉紅色的、把它們融化成隨機的三角形。再過濾器并刪除小的三角形。最后計算出剩余圖形的周長。

如上圖，對于流的處理，主要有三種關鍵性操作：分別是流的創建、中間操作(intermediate operation)以及最終操作(terminal operation)。

2.Stream的創建

在Java 8中，可以有多種方法來創建流。

1、通過已有的集合來創建流

在Java 8中，除了增加了很多Stream相關的類以外，還對集合類自身做了增強，在其中增加了stream方法，可以將一個集合類轉換成流。

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "HollisChuang", "hollis", "Hello", "HelloWorld", "Hollis"); Stream<String> stream = strings.stream();

以上，通過一個已有的List創建一個流。除此以外，還有一個parallelStream方法，可以為集合創建一個并行流。

這種通過集合創建出一個Stream的方式也是比較常用的一種方式。

2、通過Stream創建流

可以使用Stream類提供的方法，直接返回一個由指定元素組成的流。

Stream<String> stream = Stream.of("Hollis", "HollisChuang", "hollis", "Hello", "HelloWorld", "Hollis");

如以上代碼，直接通過of方法，創建并返回一個Stream。

3.Stream中間操作

Stream有很多中間操作，多個中間操作可以連接起來形成一個流水線，每一個中間操作就像流水線上的一個工人，每人工人都可以對流進行加工，加工后得到的結果還是一個流。

Java8,Stream

以下是常用的中間操作列表:

Java8,Stream

filter

filter 方法用于通過設置的條件過濾出元素。以下代碼片段使用 filter 方法過濾掉空字符串：

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "", "HollisChuang", "H", "hollis"); strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).forEach(System.out::println); //Hollis, , HollisChuang, H, hollis

map

map 方法用于映射每個元素到對應的結果，以下代碼片段使用 map 輸出了元素對應的平方數：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5); numbers.stream().map( i -> i*i).forEach(System.out::println); //9,4,4,9,49,9,25

limit/skip

limit 返回 Stream 的前面 n 個元素;skip 則是扔掉前 n 個元素。以下代碼片段使用 limit 方法保理4個元素：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5); numbers.stream().limit(4).forEach(System.out::println); //3,2,2,3

sorted

sorted 方法用于對流進行排序。以下代碼片段使用 sorted 方法進行排序：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5); numbers.stream().sorted().forEach(System.out::println); //2,2,3,3,3,5,7

distinct

distinct主要用來去重，以下代碼片段使用 distinct 對元素進行去重：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5); numbers.stream().distinct().forEach(System.out::println); //3,2,7,5

接下來我們通過一個例子和一張圖，來演示下，當一個Stream先后通過filter、map、sort、limit以及distinct處理后會發生什么。

代碼如下：

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "HollisChuang", "hollis", "Hello", "HelloWorld", "Hollis"); Stream s = strings.stream().filter(string -> string.length()<= 6).map(String::length).sorted().limit(3)    .distinct();

過程及每一步得到的結果如下圖：

Java8,Stream

4.Stream最終操作

Stream的中間操作得到的結果還是一個Stream，那么如何把一個Stream轉換成我們需要的類型呢?比如計算出流中元素的個數、將流裝換成集合等。這就需要最終操作(terminal operation)

最終操作會消耗流，產生一個最終結果。也就是說，在最終操作之后，不能再次使用流，也不能在使用任何中間操作，否則將拋出異常：

java.lang.IllegalStateException: stream has already been operated upon or closed

俗話說，“你永遠不會兩次踏入同一條河”也正是這個意思。

常用的最終操作如下圖：

Java8,Stream

forEach

Stream 提供了方法 'forEach' 來迭代流中的每個數據。以下代碼片段使用 forEach 輸出了10個隨機數：

Random random = new Random(); random.ints().limit(10).forEach(System.out::println);

count

count用來統計流中的元素個數。

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "HollisChuang", "hollis","Hollis666", "Hello", "HelloWorld", "Hollis"); System.out.println(strings.stream().count()); //7

collect

collect就是一個歸約操作，可以接受各種做法作為參數，將流中的元素累積成一個匯總結果：

List<String> strings = Arrays.asList("Hollis", "HollisChuang", "hollis","Hollis666", "Hello", "HelloWorld", "Hollis"); strings = strings.stream().filter(string -> string.startsWith("Hollis")).collect(Collectors.toList()); System.out.println(strings); //Hollis, HollisChuang, Hollis666, Hollis

接下來，我們還是使用一張圖，來演示下，前文的例子中，當一個Stream先后通過filter、map、sort、limit以及distinct處理后會，在分別使用不同的最終操作可以得到怎樣的結果。

下圖，展示了文中介紹的所有操作的位置、輸入、輸出以及使用一個案例展示了其結果。

Java8,Stream