Java深入util之Stream流

仅作为笔记

Stream流、方法引用

主要内容

• Stream流
• 方法引用

教学目标

• 能够理解流与集合相比的优点
• 能够理解流的延迟执行特点
• 能够通过集合、映射或数组获取流
• 能够掌握常用的流操作
• 能够使用输出语句的方法引用3
• 能够通过4种方式使用方法引用
• 能够使用类和数组的构造器引用8

第一章 Stream流

说到Stream便容易想到I/O Stream，而实际上，谁规定“流”就一定是“IO流”呢？在Java 8中，得益于Lambda所带
来的函数式编程，引入了一个全新的Stream概念，用于解决已有集合类库既有的弊端。

1.1 引言

传统集合的多步遍历代码

几乎所有的集合（如 Collection 接口或 Map 接口等）都支持直接或间接的遍历操作。而当我们需要对集合中的元
素进行操作的时候，除了必需的添加、删除、获取外，最典型的就是集合遍历。例如：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo01ForEach {
public static void main(String[] args) {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张无忌");
    list.add("周芷若");
    list.add("赵敏");
    list.add("张强");
    list.add("张三丰");
    for (String name : list) {
    System.out.println(name);
    }
	}
}

循环遍历的弊端

Java 8的Lambda让我们可以更加专注于做什么（What），而不是怎么做（How），这点此前已经结合内部类进行
了对比说明。现在，我们仔细体会一下上例代码，可以发现：

• for循环的语法就是“怎么做”
• for循环的循环体才是“做什么”

为什么使用循环？因为要进行遍历。但循环是遍历的唯一方式吗？遍历是指每一个元素逐一进行处理，而并不是从
第一个到最后一个顺次处理的循环。前者是目的，后者是方式

试想一下，如果希望对集合中的元素进行筛选过滤：

1. 将集合A根据条件一过滤为子集B
2. 然后再根据条件二过滤为子集C。

那怎么办？在Java 8之前的做法可能为：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo02NormalFilter {
public static void main(String[] args) {
    
    List<String> list = new ArrayList<>();
    
    list.add("张无忌");
    list.add("周芷若");
    list.add("赵敏");
    list.add("张强");
    list.add("张三丰");
    
    List<String> zhangList = new ArrayList<>();
    for (String name : list) {
        if (name.startsWith("张")) {
        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);
    	}
    }
}

这段代码中含有三个循环，每一个作用不同：

1. 首先筛选所有姓张的人；

2. 然后筛选名字有三个字的人；

3. 最后进行对结果进行打印输出。

每当我们需要对集合中的元素进行操作的时候，总是需要进行循环、循环、再循环。这是理所当然的么？不是。循环是做事情的方式，而不是目的。另一方面，使用线性循环就意味着只能遍历一次。如果希望再次遍历，只能再使
用另一个循环从头开始。
那，Lambda的衍生物Stream能给我们带来怎样更加优雅的写法呢？

Stream的更优写法

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo03StreamFilter {
public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("张无忌");
        list.add("周芷若");
        list.add("赵敏");
        list.add("张强");
        list.add("张三丰");
        list.stream()
            .filter(s ‐> s.startsWith("张"))
            .filter(s ‐> s.length() == 3)
            .forEach(System.out::println);
        }
}

直接阅读代码的字面意思即可完美展示无关逻辑方式的语义：获取流、过滤姓张、过滤长度为3、逐一打印。代码
中并没有体现使用线性循环或是其他任何算法进行遍历，我们真正要做的事情内容被更好地体现在代码中。

1.2 流式思想概述

整体来看，流式思想类似于工厂车间的“生产流水线”。

当需要对多个元素进行操作（特别是多步操作）的时候，考虑到性能及便利性，我们应该首先拼好一个“模型”步骤方案，然后再按照方案去执行它。

这里的filter 、 map 、 skip 都是在对函数模型进行操作，集合元素并没有真正被处理。只有当终结方法 count执行的时候，整个模型才会按照指定策略执行操作。而这得益于Lambda的延迟执行特性。

备注：“Stream流”其实是一个集合元素的函数模型，它并不是集合，也不是数据结构，其本身并不存储任何元素（或其地址值）。

Stream（流）是一个来自数据源的元素队列

• 元素是特定类型的对象，形成一个队列。 Java中的Stream并不会存储元素，而是按需计算。
• 数据源 流的来源。 可以是集合，数组 等

和以前的Collection操作不同， Stream操作还有两个基础的特征：

• Pipelining: 中间操作都会返回流对象本身。 这样多个操作可以串联成一个管道， 如同流式风格（fluentstyle）。 这样做可以对操作进行优化， 比如延迟执行(laziness)和短路( short-circuiting)。
• 内部迭代： 以前对集合遍历都是通过Iterator或者增强for的方式, 显式的在集合外部进行迭代， 这叫做外部迭
  代。 Stream提供了内部迭代的方式，流可以直接调用遍历方法。

当使用一个流的时候，通常包括三个基本步骤：获取一个数据源（source）→ 数据转换→执行操作获取想要的结果，每次转换原有 Stream 对象不改变，返回一个新的 Stream 对象（可以有多次转换），这就允许对其操作可以像链条一样排列，变成一个管道 。

1.3 获取流

java.util.stream.Stream 是Java 8新加入的最常用的流接口。（这并不是一个函数式接口。）
获取一个流非常简单，有以下几种常用的方式：

• 所有的 Collection 集合都可以通过 stream 默认方法获取流；
• Stream 接口的静态方法 of 可以获取数组对应的流。

根据Collection获取流

首先， java.util.Collection 接口中加入了default方法 stream 用来获取流，所以其所有实现类均可获取流。

import java.util.*;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo04GetStream {
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();
    Vector<String> vector = new Vector<>();
    Stream<String> stream3 = vector.stream();
	}
}

根据Map获取流

java.util.Map 接口不是 Collection 的子接口，且其K-V数据结构不符合流元素的单一特征，所以获取对应的流需要分key、value或entry等情况：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo05GetStream {
public static void main(String[] args) {
    Map<String, String> map = new HashMap<>();
    // ...
    Stream<String> keyStream = map.keySet().stream();
    Stream<String> valueStream = map.values().stream();
    Stream<Map.Entry<String, String>> entryStream = map.entrySet().stream();
    }
}

根据数组获取流

如果使用的不是集合或映射而是数组，由于数组对象不可能添加默认方法，所以 Stream 接口中提供了静态方法of ，使用很简单：

import java.util.stream.Stream;
public class Demo06GetStream {
public static void main(String[] args) {
    String[] array = { "张无忌", "张翠山", "张三丰", "张一元" };
    Stream<String> stream = Stream.of(array);
    }
}

备注： of 方法的参数其实是一个可变参数，所以支持数组

1.4 常用方法

流模型的操作很丰富，这里介绍一些常用的API。这些方法可以被分成两种：

• 延迟方法：返回值类型仍然是 Stream 接口自身类型的方法，因此支持链式调用。（除了终结方法外，其余方法均为延迟方法。）
• 终结方法：返回值类型不再是 Stream 接口自身类型的方法，因此不再支持类似 StringBuilder 那样的链式调用。本小节中，终结方法包括 count 和 forEach 方法。 (备注：本小节之外的更多方法，请自行参考API文档 )

逐一处理：forEach

虽然方法名字叫 forEach ，但是与for循环中的“for-each”昵称不同。

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

该方法接收一个 Consumer 接口函数，会将每一个流元素交给该函数进行处理

import java.util.stream.Stream;
public class Demo12StreamForEach {
public static void main(String[] args) {
    Stream<String> stream = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
    stream.forEach(name‐> System.out.println(name));
    }
}

过滤：filter

可以通过 filter 方法将一个流转换成另一个子集流。方法签名：

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

该接口接收一个 Predicate 函数式接口参数（可以是一个Lambda或方法引用）作为筛选条件。

import java.util.stream.Stream;
public class Demo07StreamFilter {
public static void main(String[] args) {
    Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
    Stream<String> result = original.filter(s ‐> s.startsWith("张"));
    }
}

映射：map

如果需要将流中的元素映射到另一个流中，可以使用 map 方法。方法签名 :

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

该接口需要一个 Function 函数式接口参数，可以将当前流中的T类型数据转换为另一种R型的流 。

Stream流中的 map 方法基本使用的代码如：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo08StreamMap {
public static void main(String[] args) {
    Stream<String> original = Stream.of("10", "12", "18");
    Stream<Integer> result = original.map(str‐>Integer.parseInt(str));
    }
}

统计个数：count

正如旧集合 Collection 当中的 size 方法一样，流提供 count 方法来数一数其中的元素个数：

long count();

该方法返回一个long值代表元素个数（不再像旧集合那样是int值）。基本使用：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo09StreamCount {
public static void main(String[] args) {
    Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
    Stream<String> result = original.filter(s ‐> s.startsWith("张"));
    System.out.println(result.count()); // 2
	}
}

取用前几个：limit

limit 方法可以对流进行截取，只取用前n个。方法签名：

Stream<T> limit(long maxSize);  

参数是一个long型，如果集合当前长度大于参数则进行截取；否则不进行操作。基本使用：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo10StreamLimit {
public static void main(String[] args) {
    Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
    Stream<String> result = original.limit(2);
    System.out.println(result.count()); // 2
    }
}

跳过前几个：skip

如果希望跳过前几个元素，可以使用 skip 方法获取一个截取之后的新流：

Stream<T> skip(long n);

如果流的当前长度大于n，则跳过前n个；否则将会得到一个长度为0的空流。基本使用：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo11StreamSkip {
public static void main(String[] args) {
    Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
    Stream<String> result = original.skip(2);
    System.out.println(result.count()); // 1
    }
}

组合：concat

如果有两个流，希望合并成为一个流，那么可以使用 Stream 接口的静态方法 concat ：

static <T> Stream<T> concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b)

备注：这是一个静态方法，与 java.lang.String 当中的 concat 方法是不同的。

该方法的基本使用代码如：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo12StreamConcat {
public static void main(String[] args) {
    Stream<String> streamA = Stream.of("张无忌");
    Stream<String> streamB = Stream.of("张翠山");
    Stream<String> result = Stream.concat(streamA, streamB);
    }
}