Stream API学习笔记

Java
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2024-04-17
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Java8 中Stream API介绍

Stream 使用一种类似用 SQL 语句从数据库查询数据的直观方式来提供一种对 Java 集合运算和表达的高阶抽象。这种风格将要处理的元素集合看作一种流， 流在管道中传输， 并且可以在管道的节点上进行处理， 比如筛选， 排序，聚合等。元素流在管道中经过中间操作（intermediate operation）的处理，最后由最终操作(terminal operation)得到前面处理的结果。

流（Stream）的概念：流是数据渠道，用于操作数据（集合、数组等）所生成的元素序列。

注意:

  1. Stream自己不会存储元素。
  2. Stream不会改便源对象，相反，它们会返回一个持有结果的新Stream。
  3. 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执行。

Stream的操作三个步骤：

  • 创建Stream：一个数据源（如数组、集合），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

创建流的方式有如下几种方式：

    //创建Stream
    @Test
    public void test01(){
        //1.可以通过Collection系列集合提供的stream() 或 parallelStream()
        List<String> list = new ArrayList();
        Stream<String> stream01 = list.stream();
 
        //2、通过Arrays中的静态方法stream() 获取数组流
        Emp[] emps = new Emp[10];
        Stream<Emp> stream02 = Arrays.stream(emps);
 
        //3.通过Stream类中的静态方法of()
        Stream<String> stream03 = Stream.of("aa","bb","cc");
 
        //4.创建无限流
        //迭代
        Stream<Integer> stream04 = Stream.iterate(0,(x) -> x+2);
        stream04.forEach(System.out::println);
        //只要10个数据
        stream04.limit(10).forEach(System.out::println);
 
        //生成5个随机数
        Stream.generate(() -> Math.random()).limit(5).forEach(System.out::println);
    }
Stream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，称为“惰性求值”。

筛选与切片：

  • filter -------- 接受Lambda ,从流中排除某些元素
  • limit --------- 截断流，使其元素不超过给定数量
  • skip(n) ------- 跳过元素，返回一个扔掉了前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，通过流所生成元素的hashCode() 和 equals() 去除重复元素

映射：

  • map ------ 接收Lambda,将元素转换为其他形式或提取信息（接受一个函数作为参数，该函数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外一个流，然后把所有的流连凑成一个流。

排序：

  • sorted() ---- 自然排序
  • sorted(Comparator comparator) ------ 定制排序（Comparator ）

下面通过代码来练习这些中间操作，先创建一个Employee实体类：

public class Employee {
 
    private String name;
 
    private Integer age;
 
    private Double salary;
 
    public Employee(String name, Integer age, Double salary) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.salary = salary;
    }
 
    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;
    }
 
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Employee employee = (Employee) o;
        return Objects.equals(name, employee.name) &&
                Objects.equals(age, employee.age) &&
                Objects.equals(salary, employee.salary);
    }
 
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age, salary);
    }
 
    @Override
    public String toString() {
        return "Employee{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", salary=" + salary +
                '}';
    }
}

测试中间操作filter的用法：

    List<Employee> emps = Arrays.asList(
            new Employee("张三",21,4500.00),
            new Employee("李四",25,6000.00),
            new Employee("王五",56,3500.00),
            new Employee("王五",56,3500.00),
            new Employee("田七",30,8000.00),
            new Employee("田七",30,8000.00)
    );
 
    @Test
    public void test02(){
        //中间操作：不会执行任何操作
        Stream<Employee> stream = employeeList.stream().filter(e -> e.getAge()>25);
        //终止操作:一次型执行全部内容，即”惰性求值“
        //内部迭代：迭代操作由Stream API 完成
        stream.forEach(System.out::println);
    }
 
    //外部迭代
    @Test
    public void test03(){
        Iterator<Employee> it = emps.iterator();
        while(it.hasNext()){
            System.out.println(it.next());
        }
    }

中间操作：limit --只要找到符合条件的指定条数数据，就不会执行后面的数据过滤操作了，可以提高效率

    @Test
    public void test04(){
        emps.stream().filter(e -> e.getSalary()>3000.00)
                .limit(2) //短路 : 只要找到符合条件的两条数据，就不会执行后面的数据过滤操作了，可以提高效率
                .forEach(System.out::println);
    }

中间操作：skip(n) ----跳过n个元素，返回一个扔掉了前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

    @Test
    public void test05(){
        emps.stream().filter(e -> e.getSalary()>3000.00)
                .skip(2)
                .forEach(System.out::println);
    }

中间操作： distinct ---- 筛选，通过流所生成元素的hashCode() 和 equals() 去除重复元素

    @Test
    public void test06(){
        emps.stream().filter(e -> e.getSalary()>3000.00)
                .distinct ()
                .forEach(System.out::println);
    }

中间操作： map ------ 接受一个函数作为参数，该函数或被应用到每个元素上，并将其映射成一个新的元素

    @Test
    public void test07(){
        List<String> list = Arrays.asList("aaa","bbb","ccc","ddd","hello");
        list.stream()
                //toUpperCase()函数被应用到流中每个元素上，并将其映射成一个新的元素
                .map((str) -> str.toUpperCase())
                .forEach(System.out::println); //输出结果：AAA BBB CCC DDD HELLO
        System.out.println("------------------------------");
 
        emps.stream()
                .map(Employee::getName)
                .forEach(System.out::println);//输出结果：张三 李四 王五 王五 田七 田七
        System.out.println("------------------------------");
 
        Stream<Stream<Character>> stream01 = list.stream()
                //调用filterCharacter()，将流中的字符串元素都转为字符流，返回值类型为Stream<Stream<Character>>
                .map(StreamApiTest::filterCharacter);
        stream01.forEach((sm) -> {
            sm.forEach(System.out::println);
        });
        System.out.println("------------------------------");
    }
 
    //字符串转为字符流
    public static Stream<Character> filterCharacter(String str){
        List<Character> list = new ArrayList<>();
        for(Character ch : str.toCharArray()){
            list.add(ch);
        }
        return list.stream();
    }

中间操作： 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，然后把所有的流连凑成一个流

    @Test
    public void test08(){
        List<String> list = Arrays.asList("aaa","bbb","ccc","ddd","hello");
        Stream<Character> stream02 = list.stream()
                //调用filterCharacter()，将流中的字符串元素都转为字符流，并将这些流加入到一个新流中，返回值类型为Stream<Character>
                .flatMap(StreamApiTest::filterCharacter);
        stream02.forEach(System.out::println);
    }

中间操作： sorted() ---- 自然排序

    @Test
    public void test09(){
        List<String> list  = Arrays.asList("ccc","aaa","ddd","bbb","eee");
        list.stream().sorted().forEach(System.out::println);
    }

中间操作： sorted(Comparator comparator) ------ 定制排序（Comparator ） 自定义排序规则，这个根据员工年龄排序，若员工年龄相同，则根据员工姓名排序 — 升序

    @Test
    public void test10(){
        emps.stream()
                .sorted((e1,e2) -> {
                    if(e1.getAge().equals(e2.getAge())){
                        return e1.getName().compareTo(e2.getName());
                    }else{
                        return e1.getAge().compareTo(e2.getAge());
                    }
                })
                .forEach(System.out::println);
    }
终止操作

查找与匹配：

  • allMatch ----- 检查是否匹配所有元素
  • anyMatch ------ 检查是否至少匹配一个元素
  • 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

归约：可以将流中元素反复结合起来，得到一个值

  • reduce(T indentity,BinaryOperator bin) ---- indentity 为起始值
  • reduce(BinaryOperator bin)

收集：

  • collect ----- 将流装换为其它形式，接受一个Collector接口的实现，用于给Stream中元素汇总的方法

终止操作练习：在此之前，我们先创建一个员工实体类，方便测试效果

public class Employee {
 
    private String name;
 
    private Integer age;
 
    private Double salary;
 
    private Status status;
 
    public Employee(String name, Integer age, Double salary) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.salary = salary;
    }
 
    public Employee(String name, Integer age, Double salary, Status status) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.salary = salary;
        this.status = status;
    }
 
    public Status getStatus() {
        return status;
    }
 
    public void setStatus(Status status) {
        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;
    }
 
    @Override
    public String toString() {
        return "Employee{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", salary=" + salary +
                ", status=" + status +
                '}';
    }
 
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (!(o instanceof Employee)) return false;
        Employee employee = (Employee) o;
        return Objects.equals(getName(), employee.getName()) &&
                Objects.equals(getAge(), employee.getAge()) &&
                Objects.equals(getSalary(), employee.getSalary()) &&
                getStatus() == employee.getStatus();
    }
 
    @Override
    public int hashCode() {
 
        return Objects.hash(getName(), getAge(), getSalary(), getStatus());
    }
 
    public enum Status{
        BUSY,FREE,VACATION;
    }
}

接下来我们先对 查找与匹配 中的几个终止操作进行代码测试：

    List<Employee> employees = Arrays.asList(
            new Employee("张三",21,4500.00, Employee.Status.BUSY),
            new Employee("李四",25,6000.00,Employee.Status.VACTION),
            new Employee("王五",56,3500.00,Employee.Status.BUSY),
            new Employee("王五",56,3500.00,Employee.Status.BUSY),
            new Employee("田七",30,8000.00,Employee.Status.FREE),
            new Employee("田七",30,8000.00,Employee.Status.FREE)
    );
 
    @Test
    public void test11(){
        //allMatch ----- 检查是否匹配所有元素
        boolean b1 = employees.stream().allMatch((e) -> e.getStatus().equals(Employee.Status.FREE));
        System.out.println(b1); //输出结果： false
 
        //anyMatch ------ 检查是否至少匹配一个元素
        boolean b2 = employees.stream().anyMatch((e) -> e.getStatus().equals(Employee.Status.BUSY));
        System.out.println(b2); //输出结果： true
 
        //noneMatch --------- 检查是否没有匹配所有元素
        boolean b3 = employees.stream().noneMatch((e) -> e.getStatus().equals(Employee.Status.BUSY));
        System.out.println(b3); //输出结果： false
 
        //findFirst ------- 返回第一个元素
        //Optional --- 是Java8 提供的处理空指针异常的类
        Optional<Employee> employee = employees.stream()
                //按员工的薪资排序
                .sorted((e1, e2) -> Double.compare(e1.getSalary(), e2.getSalary()))
                //获取第一个员工信息，即薪资最新的员工信息
                .findFirst();
        System.out.println(employee.get());
 
        //findAny -------- 返回流中的任意元素
        //parallelStream --- 获取并行流
        Optional<Employee> any = employees.parallelStream()
                //获取状态为 FREE 的任意一个员工信息
                .filter(e -> e.getStatus().equals(Employee.Status.FREE))
                .findAny();
        System.out.println(any.get());
    }

测试终止操作中,count,max,min的运用

    @Test
    public void test12(){
        //返回流中元素的总个数
        long count = employees.stream().count();
        System.out.println(count); //输出结果为：6
 
        Optional<Employee> max = employees.stream().
                //获取年龄最大的员工信息
                max((e1, e2) -> Integer.compare(e1.getAge(), e2.getAge()));
        System.out.println(max.get()); // 输出结果为：Employee{name='王五', age=56, salary=3500.0, status=BUSY}
 
        Optional<Double> min = employees.stream()
                .map((e) -> e.getSalary())
                //获取最低的薪资
                .min(Double::compare);
        System.out.println(min.get());//输出结果为：3500.0
    }

终止操作：归约 ---- reduce(T indentity,BinaryOperator) / reduce(BinaryOperator),可以将流中元素反复结合起来，得到一个值

    @Test
    public void test13(){
        List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);
        Integer reduce = list.stream()
                //0为初始值，将流中的元素按照 lambda体中的方式进行汇总，这里即是通过求和的方式汇总
                .reduce(0, (x, y) -> x + y);
        System.out.println(reduce); // 输出结果为：55
 
        Optional<Double> sum = employees.stream()
                //获取员工的薪资信息
                .map((e) -> e.getSalary())
                //调用Double的sum()，对员工薪资进行求和
                .reduce(Double::sum);
        System.out.println(sum.get()); //输出结果为：33500.0
    }

终止操作：收集：collect ------- 将流装换为其它形式，接收一个Collector 接口的实现，用于给Stream中元素汇总的方法

    @Test
    public void test14(){
 
        //Collectors工具类对Collector接口提供了很多实现
        List<String> list = employees.stream()
                .map(e -> e.getName())
                .collect(Collectors.toList());
        System.out.println(list);//输出结果为：[张三, 李四, 王五, 王五, 田七, 田七]
 
        Set<Integer> set = employees.stream()
                .map(e -> e.getAge())
                .collect(Collectors.toSet());
        System.out.println(set);//输出结果为：[21, 56, 25, 30]
 
        HashSet<String> hashSet = employees.stream()
                .map(e -> e.getName())
                .collect(Collectors.toCollection(HashSet::new));
        System.out.println(hashSet);//输出结果为：[李四, 张三, 王五, 田七]
 
    }

因为collect收集使用是很常见的，接下来我们通过使用collect进行统计、求平均值、总和、最大值、最小值，更加熟悉collect的使用，并了解工具类Collectors中常用的方法

    @Test
    public void test15(){
        //总数
        Long count = employees.stream()
                .collect(Collectors.counting());
        System.out.println(count); // 输出结果为：6
 
        //获取员工薪资的平均值
        Double avgSalary = employees.stream()
                .collect(Collectors.averagingDouble(Employee::getSalary));
        System.out.println(avgSalary);// 输出结果为：5583.333333333333
 
        //获取员工薪资的总和
        Double total = employees.stream()
                .collect(Collectors.summingDouble(Employee::getSalary));
        System.out.println(total); // 输出结果为：33500.0
 
        //获取最高薪资的员工信息
        Optional<Employee> maxSalary = employees.stream()
                .collect(Collectors.maxBy((e1, e2) -> Double.compare(e1.getSalary(), e2.getSalary())));
        System.out.println(maxSalary.get()); //输出结果为：Employee{name='田七', age=30, salary=8000.0, status=FREE}
 
        //获取最低薪资的员工信息
        Optional<Employee> minSalary = employees.stream()
                .collect(Collectors.minBy((e1, e2) -> Double.compare(e1.getSalary(), e2.getSalary())));
        System.out.println(minSalary.get()); //输出结果为：Employee{name='王五', age=56, salary=3500.0, status=BUSY}
    }

通过使用collect,对流中元素进行分组、多级分组、分区操作。

    @Test
    public void test16(){
        //通过员工状态进行分组
        Map<Employee.Status, List<Employee>> statusListMap = employees.stream()
                .collect(Collectors.groupingBy(Employee::getStatus));
        System.out.println(statusListMap);
    }
 
    /**
     * 多级分组
     */
    @Test
    public void test17(){
        //通过员工状态进行分组
        Map<Employee.Status, Map<String, List<Employee>>> map = employees.stream()
                .collect(Collectors.groupingBy(Employee::getStatus, Collectors.groupingBy(e -> {
                    if (e.getAge() < 30) {
                        return "青年";
                    } else if (e.getAge() < 50) {
                        return "中年";
                    } else {
                        return "老年";
                    }
                })));
        System.out.println(map);
    }
 
    /**
     * 分区
     */
    @Test
    public void test18(){
        Map<Boolean, List<Employee>> map = employees.stream()
                .collect(Collectors.partitioningBy(e -> e.getSalary() > 6000));
        System.out.println(map);
    }
 
    /**
     * 将流中的元素，按照指定格式连接
     */
    @Test
    public void test19(){
        String str = employees.stream()
                .map(e -> e.getName())
                .collect(Collectors.joining(","));
        System.out.println(str); //输出结果为： 张三,李四,王五,王五,田七,田七
    }

并行流与顺序流

并行流：并行流就是把一个内容分成多个数据块，并用不同的线程分别处理每个数据块的流。 Java8中将并行流进行了优化，我们可以很容易地对数据进行并行操作。Stream API可以声明性地通过Parallel()与sequential()在并行流与顺序流之间进行切换。 以下实例我们使用 parallelStream 来输出空字符串的数量：

    @Test
    public void test20(){
        List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
        // 获取空字符串的数量
        long count = strings.parallelStream().filter(string -> string.isEmpty()).count();
        System.out.println(count); //输出结果为：2
    }

Stream API应用

Java8中的Stream API可以极大提高我们的的生产力，让我们写出高效率、干净、简洁的代码。 例如：使用Java8来求两个集合的交集、差集、并集

    @Test
    public void test(){
 
        //准备两个集合
        List<String> list1 = new ArrayList<String>();
        list1.add("aa");
        list1.add("bb");
        list1.add("cc");
        list1.add("dd");
        list1.add("ee");
 
        List<String> list2 = new ArrayList<String>();
        list2.add("bb");
        list2.add("cc");
        list2.add("ff");
        list2.add("gg");
 
        // 交集
        List<String> intersection = list1.stream().filter(item -> list2.contains(item)).collect(toList());
        System.out.println("---交集 intersection---");
        intersection.parallelStream().forEach(System.out :: println);
 
        // 差集
        List<String> reduce = list2.stream().filter(item -> !list1.contains(item)).collect(toList());
        System.out.println("---差集 reduce2 (list2 - list1)---");
        reduce.parallelStream().forEach(System.out :: println);
 
        //并集
        list1.addAll(list2);
        List<String> collect = list1.stream().distinct().collect(toList());
        System.out.println("并集----去重");
        collect.stream().forEach(System.out::println);
    }
常见的线性结构
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