java -- Stream流

来源:https://www.cnblogs.com/paopaoT/archive/2023/04/21/17341974.html
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註意：Stream和IO流(InputStream/OutputStream)沒有任何關係，請暫時忘記對傳統IO流的固有印象 傳統集合的多步遍歷代碼 幾乎所有的集合（如Collection介面或Map介面等）都支持直接或間接的遍歷操作。而當我們需要對集合中的元素進行操作的時候，除了必需的添加、刪除、 ...


註意：Stream和IO流(InputStream/OutputStream)沒有任何關係，請暫時忘記對傳統IO流的固有印象

傳統集合的多步遍歷代碼

幾乎所有的集合（如Collection介面或Map介面等）都支持直接或間接的遍歷操作。而當我們需要對集合中的元素進行操作的時候，除了必需的添加、刪除、獲取外，最典型的就是集合遍歷。例如：

public class Demo10ForEach {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("張無忌");
        list.add("周芷若");
        list.add("趙敏");
        list.add("張強");
        list.add("張三豐");
        for (String name : list) {
          	System.out.println(name);
        }
    }  
}

這是一段非常簡單的集合遍歷操作：對集合中的每一個字元串都進行列印輸出操作。

迴圈遍歷的弊端

Java 8的Lambda讓我們可以更加專註於做什麼（What），而不是怎麼做（How），這點此前已經結合內部類進行了對比說明。現在，我們仔細體會一下上例代碼，可以發現：

  • for迴圈的語法就是“怎麼做”
  • for迴圈的迴圈體才是“做什麼”

為什麼使用迴圈？因為要進行遍歷。但迴圈是遍歷的唯一方式嗎？遍歷是指每一個元素逐一進行處理，而並不是從第一個到最後一個順次處理的迴圈。前者是目的，後者是方式。

試想一下，如果希望對集合中的元素進行篩選過濾：

  1. 將集合A根據條件一過濾為子集B；
  2. 然後再根據條件二過濾為子集C。

那怎麼辦？在Java 8之前的做法可能為：

這段代碼中含有三個迴圈，每一個作用不同：

  1. 首先篩選所有姓張的人；
  2. 然後篩選名字有三個字的人；
  3. 最後進行對結果進行列印輸出。
public class Demo11NormalFilter {
  	public static void main(String[] args) {
      	List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("張無忌");
        list.add("周芷若");
        list.add("趙敏");
        list.add("張強");
        list.add("張三豐");

        List<String> zhangList = new ArrayList<>();
        for (String name : list) {
            if (name.startsWith("張")) {
              	zhangList.add(name);
            }
        }

        List<String> shortList = new ArrayList<>();
        for (String name : zhangList) {
            if (name.length() == 3) {
              	shortList.add(name);
            }
        }

        for (String name : shortList) {
          	System.out.println(name);
        }
    }
}

每當我們需要對集合中的元素進行操作的時候，總是需要進行迴圈、迴圈、再迴圈。這是理所當然的麽？不是。迴圈是做事情的方式，而不是目的。另一方面，使用線性迴圈就意味著只能遍歷一次。如果希望再次遍歷，只能再使用另一個迴圈從頭開始。

那，Lambda的衍生物Stream能給我們帶來怎樣更加優雅的寫法呢？

Stream的更優寫法

下麵來看一下藉助Java 8的Stream API，什麼才叫優雅：

public class Demo12StreamFilter {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("張無忌");
        list.add("周芷若");
        list.add("趙敏");
        list.add("張強");
        list.add("張三豐");

        list.stream()
          	.filter(s -> s.startsWith("張"))
            .filter(s -> s.length() == 3)
            .forEach(s -> System.out.println(s));
    }
}

直接閱讀代碼的字面意思即可完美展示無關邏輯方式的語義：獲取流、過濾姓張、過濾長度為3、逐一列印。代碼中並沒有體現使用線性迴圈或是其他任何演算法進行遍歷，我們真正要做的事情內容被更好地體現在代碼中。

獲取流方式

java.util.stream.Stream<T>是Java 8新加入的最常用的流介面。（這並不是一個函數式介面。）

獲取一個流非常簡單，有以下幾種常用的方式：

  • 所有的Collection集合都可以通過stream預設方法獲取流；
  • Stream介面的靜態方法of可以獲取數組對應的流。

方式1 : 根據Collection獲取流

首先，java.util.Collection介面中加入了default方法stream用來獲取流，所以其所有實現類均可獲取流。

import java.util.*;
import java.util.stream.Stream;
/*
    獲取Stream流的方式

    1.Collection中 方法
        Stream stream()
    2.Stream介面 中靜態方法
        of(T...t) 向Stream中添加多個數據
 */
public class Demo13GetStream {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        // ...
        Stream<String> stream1 = list.stream();

        Set<String> set = new HashSet<>();
        // ...
        Stream<String> stream2 = set.stream();
    }
}

方式2: 根據數組獲取流

如果使用的不是集合或映射而是數組，由於數組對象不可能添加預設方法，所以Stream介面中提供了靜態方法of，使用很簡單：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo14GetStream {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = { "張無忌", "張翠山", "張三豐", "張一元" };
        Stream<String> stream = Stream.of(array);
    }
}

備註：of方法的參數其實是一個可變參數，所以支持數組。

常用方法

流模型的操作很豐富，這裡介紹一些常用的API。這些方法可以被分成兩種：

  • 終結方法：返回值類型不再是Stream介面自身類型的方法，因此不再支持類似StringBuilder那樣的鏈式調用。本小節中，終結方法包括count和forEach方法。
  • 非終結方法：返回值類型仍然是Stream介面自身類型的方法，因此支持鏈式調用。（除了終結方法外，其餘方法均為非終結方法。）

備註：本小節之外的更多方法，請自行參考API文檔。

forEach : 逐一處理

雖然方法名字叫forEach，但是與for迴圈中的“for-each”昵稱不同，該方法並不保證元素的逐一消費動作在流中是被有序執行的。

void forEach(Consumer<? super T> action);

該方法接收一個Consumer介面函數，會將每一個流元素交給該函數進行處理。例如：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo15StreamForEach {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream =  Stream.of("大娃","二娃","三娃","四娃","五娃","六娃","七娃","爺爺","蛇精","蝎子精");
        //Stream<String> stream = Stream.of("張無忌", "張三豐", "周芷若");
        stream.forEach((String str)->{System.out.println(str);});
    }
}

在這裡，lambda表達式(String str)->{System.out.println(str);}就是一個Consumer函數式介面的示例。

filter：過濾

可以通過filter方法將一個流轉換成另一個子集流。方法聲明：

Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);

該介面接收一個Predicate函數式介面參數（可以是一個Lambda）作為篩選條件。
基本使用

Stream流中的filter方法基本使用的代碼如：

public class Demo16StreamFilter {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> original = Stream.of("張無忌", "張三豐", "周芷若");
        Stream<String> result = original.filter((String s) -> {return s.startsWith("張");});
    }
}

在這裡通過Lambda表達式來指定了篩選的條件：必須姓張。

count：統計個數

正如舊集合Collection當中的size方法一樣，流提供count方法來數一數其中的元素個數：

long count();

該方法返回一個long值代表元素個數（不再像舊集合那樣是int值）。基本使用：

public class Demo17StreamCount {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> original = Stream.of("張無忌", "張三豐", "周芷若");
        Stream<String> result = original.filter(s -> s.startsWith("張"));
        System.out.println(result.count()); // 2
    }
}

limit：取用前幾個limit方法可以對流進行截取，只取用前n個。方法簽名：

Stream<T> limit(long maxSize):獲取Stream流對象中的前n個元素,返回一個新的Stream流對象

參數是一個long型，如果集合當前長度大於參數則進行截取；否則不進行操作。
基本使用：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo18StreamLimit {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> original = Stream.of("張無忌", "張三豐", "周芷若");
        Stream<String> result = original.limit(2);
        System.out.println(result.count()); // 2
    }
}

skip：跳過前幾個

如果希望跳過前幾個元素，可以使用skip方法獲取一個截取之後的新流：

Stream<T> skip(long n): 跳過Stream流對象中的前n個元素,返回一個新的Stream流對象

如果流的當前長度大於n，則跳過前n個；否則將會得到一個長度為0的空流。
基本使用：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo19StreamSkip {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> original = Stream.of("張無忌", "張三豐", "周芷若");
        Stream<String> result = original.skip(2);
        System.out.println(result.count()); // 1
    }
}

concat：組合

如果有兩個流，希望合併成為一個流，那麼可以使用Stream介面的靜態方法concat：

static <T> Stream<T> concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b): 把參數列表中的兩個Stream流對象a和b,合併成一個新的Stream流對象

備註：這是一個靜態方法，與java.lang.String當中的concat方法是不同的。

該方法的基本使用代碼如：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo20StreamConcat {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> streamA = Stream.of("張無忌");
        Stream<String> streamB = Stream.of("張翠山");
        Stream<String> result = Stream.concat(streamA, streamB);
    }
}

distinct:去重

如果需要去除重覆數據，可以使用 distinct方法。方法簽名：

Stream<T> distinct()

基本使用:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
      Stream.of(22, 33, 22, 11, 33)
                .distinct()
                .forEach(s-> System.out.println(s));

    }
}

map:映射

如果需要將流中的元素映射到另一個流中，可以使用 map方法。方法簽名：

<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);

該介面需要一個 Function函數式介面參數，可以將當前流中的T類型數據轉換為另一種R類型的流。
基本使用:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> original = Stream.of("11", "22", "33");
        Stream<Integer> result = original.map(Integer::parseInt);
        result.forEach(s -> System.out.println(s + 10));

    }
}

練習

現在有兩個ArrayList集合存儲隊伍當中的多個成員姓名，要求使用傳統的for迴圈（或增強for迴圈）依次進行以下若幹操作步驟：

  1. 第一個隊伍只要名字為3個字的成員姓名；
  2. 第一個隊伍篩選之後只要前3個人；
  3. 第二個隊伍只要姓張的成員姓名；
  4. 第二個隊伍篩選之後不要前2個人；
  5. 將兩個隊伍合併為一個隊伍；
  6. 列印整個隊伍的姓名信息。

兩個隊伍（集合）的代碼如下：

public class Demo21ArrayListNames {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> one = new ArrayList<>();
        one.add("迪麗熱巴");
        one.add("宋遠橋");
        one.add("蘇星河");
        one.add("老子");
        one.add("莊子");
        one.add("孫子");
        one.add("洪七公");

        List<String> two = new ArrayList<>();
        two.add("古力娜扎");
        two.add("張無忌");
        two.add("張三豐");
        two.add("趙麗穎");
        two.add("張二狗");
        two.add("張天愛");
        two.add("張三");
		// ....
    }
}

傳統方式

使用for迴圈 , 示例代碼:

public class Demo22ArrayListNames {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> one = new ArrayList<>();
        // ...

        List<String> two = new ArrayList<>();
        // ...

        // 第一個隊伍只要名字為3個字的成員姓名；
        List<String> oneA = new ArrayList<>();
        for (String name : one) {
            if (name.length() == 3) {
                oneA.add(name);
            }
        }

        // 第一個隊伍篩選之後只要前3個人；
        List<String> oneB = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            oneB.add(oneA.get(i));
        }

        // 第二個隊伍只要姓張的成員姓名；
        List<String> twoA = new ArrayList<>();
        for (String name : two) {
            if (name.startsWith("張")) {
                twoA.add(name);
            }
        }

        // 第二個隊伍篩選之後不要前2個人；
        List<String> twoB = new ArrayList<>();
        for (int i = 2; i < twoA.size(); i++) {
            twoB.add(twoA.get(i));
        }

        // 將兩個隊伍合併為一個隊伍；
        List<String> totalNames = new ArrayList<>();
        totalNames.addAll(oneB);
        totalNames.addAll(twoB);        

        // 列印整個隊伍的姓名信息。
        for (String name : totalNames) {
            System.out.println(name);
        }
    }
}

運行結果為：

宋遠橋
蘇星河
洪七公
張二狗
張天愛
張三

Stream方式

等效的Stream流式處理代碼為：

public class Demo23StreamNames {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> one = new ArrayList<>();
        // ...

        List<String> two = new ArrayList<>();
        // ...

        // 第一個隊伍只要名字為3個字的成員姓名；
        // 第一個隊伍篩選之後只要前3個人；
        Stream<String> streamOne = one.stream().filter(s -> s.length() == 3).limit(3);

        // 第二個隊伍只要姓張的成員姓名；
        // 第二個隊伍篩選之後不要前2個人；
        Stream<String> streamTwo = two.stream().filter(s -> s.startsWith("張")).skip(2);

        // 將兩個隊伍合併為一個隊伍；
        // 根據姓名創建Person對象；
        // 列印整個隊伍的Person對象信息。
        Stream.concat(streamOne, streamTwo).forEach(s->System.out.println(s));
    }
}

運行效果完全一樣：

宋遠橋
蘇星河
洪七公
張二狗
張天愛
張三

函數拼接與終結方法

在上述介紹的各種方法中，凡是返回值仍然為Stream介面的為函數拼接方法，它們支持鏈式調用；而返回值不再為Stream介面的為終結方法，不再支持鏈式調用。如下表所示：

方法名 方法作用 方法種類 是否支持鏈式調用
count 統計個數 終結 否
forEach 逐一處理 終結 否
filter 過濾 函數拼接 是
limit 取用前幾個 函數拼接 是
skip 跳過前幾個 函數拼接 是
concat 組合 函數拼接 是

Stream流中的結果到集合中

Stream流提供 collect方法，其參數需要一個 java.util.stream.Collector<T,A, R>介面對象來指定收集到哪 種集合中。java.util.stream.Collectors 類提供一些方法，可以作為 Collector`介面的實例：

  • public static Collector<T, ?, List> toList()：轉換為 List集合。
  • public static Collector<T, ?, Set> toSet()：轉換為 Set集合。

下麵是這兩個方法的基本使用代碼

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("aa", "bb", "cc");
        //轉換為list集合
        List<String> list = stream.collect(Collectors.toList());
        //轉換為set集合
        Set<String> set = stream.collect(Collectors.toSet());
        //轉換為ArrayList集合
        ArrayList<String> arrayList = stream.collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));
        //轉換為HashSet集合
        HashSet<String> hashSet = stream.collect(Collectors.toCollection(HashSet::new));
    }

}

Stream流中的結果到數組中

Stream提供 toArray方法來將結果放到一個數組中，返回值類型是Object[]的：

Object[] toArray();

其使用場景如：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("aa", "bb", "cc");

        Object[] objects = stream.toArray();
        System.out.println(Arrays.toString(objects));

        String[] strings = stream.toArray(String[]::new);
        System.out.println(Arrays.toString(strings));
    }
}

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