JAVA8的lambda及stream详解

小鱼儿 2022-12-30 10:44 116阅读 0赞

# JAVA8的lambda及stream详解 #

### 目录 ###

*  JAVA8的lambda及stream详解
 *   *  一、lambda学习
     *   *  1. 什么是lambda
         *  2.函数式接口介绍
         *  3.lambda使用方式
         *   *  1)匿名函数
             *  2)方法引用
     *  二、stream学习
     *   *  1. 什么是stream
         *  2.流的构成
         *  3.创建Stream
         *  4.数据操作
         *  5.Stream API接口介绍
         *  6. 实例操作

## 一、lambda学习 ##

### 1. 什么是lambda ###

lambda是JAVA8中提供的一个语法糖，它使用代码编写更加简洁、紧凑、灵活。Lambda允许把函数当做当参数来使用，是面向函数式编辑的思想。而这种参数式函数有两种用法：

*  **匿名函数**：用于实现抽象方法的一块代码段，而这个抽象方法是`函数式接口`中的抽象方法
 *  **已有函数的引用**：使用双冒号直接引用类或对象的已有方法

来一起看段代码：

List<Integer> integers= Arrays.asList(1,3,5,4,2);
            integers.sort((a,b)->a-b);
            integers.forEach(System.out::println);
            //输出正序排列数字1 2 3 4 5

### 2.函数式接口介绍 ###

函数式接口(Functional Interface)就是一个有且仅有一个抽象方法，但是可以有多个非抽象方法的接口。

> 函数式接口可以被隐式转换为 lambda 表达式，也就是所说lambda匿名函数的使用方式。

函数式接口具体有哪些特点呢？

1.  接口有且仅有一个抽象方法
2.  JDK8接口中的静态方法和默认方法，都不算是抽象方法。
3.  接口默认继承java.lang.Object，所以如果接口显示声明覆盖了Object中方法，那么也不算抽象方法。
4.  使用FunctionalInterface注解的接口，但注解也不是必须的，如果一个接口符合"函数式接口"定义，那么加不加该注解都没有影响，只是加上该注解能够更好地让编译器进行检查。如果编写的不是函数式接口，但是加上了@FunctionInterface，那么编译器会报错。

看一下JAVA8中的定义的Comparator函数式接口源码

@FunctionalInterface
    public interface Comparator<T> {
        
        int compare(T o1, T o2);
    
        
        boolean equals(Object obj);
    
        
        default Comparator<T> reversed() {
            return Collections.reverseOrder(this);
        }
    
      
        default <U extends Comparable<? super U>> Comparator<T> thenComparing(
                Function<? super T, ? extends U> keyExtractor)
        {
            return thenComparing(comparing(keyExtractor));
        }
    
        
        
        public static <T extends Comparable<? super T>> Comparator<T> reverseOrder() {
            return Collections.reverseOrder();
        }
    
        
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public static <T extends Comparable<? super T>> Comparator<T> naturalOrder() {
            return (Comparator<T>) Comparators.NaturalOrderComparator.INSTANCE;
        }

### 3.lambda使用方式 ###

#### 1)匿名函数 ####

使用lambda特定的语法，编写接口实现代码段，代码段充当匿名函数做为参数使用。

> 基本语法：()->\{\},其中()为参数列表，\{\}用来描述方法体

为了使语法更加简捷、紧凑，lambda几种变种语法：

1.  语法格式一：无参，无返回

Runnable r=()-> System.out.println("接口内容");
            r.run();

1.  语法格式二：一参，无返回

Consumer<String> c=(x)-> System.out.println(x);
            c.accept("一参，无返回值");
    
            Consumer<String> c1=x-> System.out.println(x);
            c1.accept("一参，无返回值，省去括号");

1.  语法格式三：两参，有返回，多语句

Comparator<Integer> c=(x,y)->{ 
                System.out.println("多语句测试");
                return Integer.compare(x,y);
            };
            System.out.println(c.compare(3,2));

1.  语法格式四：两参，有返回

//省略大括号里和return
            Comparator<Integer> c=(x,y)->Integer.compare(x,y);
            System.out.println(c.compare(3,2));

--------------------

**语法糖的简写要旨：能省则省**

*  省略匿名函数的传统语法结构
 *  省略参数类型，JVM编译器会自动根据上下文推断参数类型
 *  一个参数，省略lambda左侧的括号
 *  一句方法体，省略lambda右侧的大括号和return

--------------------

**四大内置核心函数式接口**

1.  Consumer : 消费型接口

@FunctionalInterface
    	public interface Consumer<T> { 
    	    void accept(T t);
    	}

//使用方法
    	@Test
        public void consumerInvoker(String info,Consumer<String> consumer){ 
            System.out.println("consumer接口调用方法体");
            consumer.accept(info);
        }
    	public void testConsumer() { 
            consumerInvoker("consumerInvoker的参数",(x)-> System.out.println("consumer的接口实现，使用参数为："+ x));
        }
      //输出
      	consumer接口调用方法体
    	consumer的接口实现，使用参数为：consumerInvoker的参数

1.  Supplier : 供给型接口

@FunctionalInterface
    	public interface Supplier<T> { 
    	    T get();
    	}

@Test
        public void supplierTest(){ 
            List<Integer> integers = supplierInvoker(5, () -> (int) (Math.random() * 10));
            for (Integer integer : integers) { 
                System.out.println(integer);
            }
        }
    
        public List<Integer> supplierInvoker(int num,Supplier<Integer> supplier){ 
            ArrayList<Integer> integers = new ArrayList<>();
            for (int i = 0; i < num; i++) { 
                integers.add(supplier.get());
            }
            return integers;
        }

1.  Predicate : 断言型接口

@FunctionalInterface
    	public interface Predicate<T> { 
    	    boolean test(T t);
    	}

@Test
        public void predicateTest() { 
            List<Integer> list=Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,0);
            List<Integer> list1 = predicateInvoker(list, (x) -> x % 2 == 0);
            for (Integer integer : list1) { 
                System.out.println(integer);
            }
        }
    
        public List<Integer> predicateInvoker(List<Integer> list, Predicate<Integer> pre){ 
            ArrayList<Integer> integers = new ArrayList<>();
            for (Integer integer : list) { 
                if (pre.test(integer)) { 
                    integers.add(integer);
                }
            }
            return integers;
        }

1.  Function: 函数型接口

@FunctionalInterface
    	public interface Function<T, R> { 
    	    R apply(T t);
    	}

@Test
        public void functionTest() { 
            Double v = functionInvoker(10000d, (x) -> x * (1 + 0.03));
            System.out.println("理财后我有"+ v +"元钱");
            System.out.println("提现后我还有"+functionInvoker(v,(x)->x-10)+"元钱");
        }
        public Double functionInvoker(Double money, Function<Double,Double> fun){ 
            System.out.println("我有"+money+"元钱");
            return fun.apply(money);
        }
        //输出
        我有10000.0元钱
    	理财后我有10300.0元钱
    	我有10300.0元钱
    	提现后我还有10290.0元钱

--------------------

**四大内置核心函数式接口的扩展接口**

与四大内置核心函数接口同包（java.util.function）下的其它扩展接口

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>接口</th> 
   <th>参数</th> 
   <th>返回值</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>BiFunction&lt;T,U,R&gt;</td> 
   <td>T,U</td> 
   <td>R</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>UnaryOperator&lt;T&gt;<br>(Function子接口)</td> 
   <td>T</td> 
   <td>T</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>BinaryOperator&lt;T&gt;<br>(BiFunction子接口)</td> 
   <td>T,T</td> 
   <td>T</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ToDoubleBiFunction&lt;T, U&gt;<br>ToLongBiFunction&lt;T, U&gt;<br>ToIntBiFunction&lt;T, U&gt;</td> 
   <td>T,U</td> 
   <td>double<br>long<br>int</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ToDoubleFunction&lt;T&gt;<br>……</td> 
   <td>T</td> 
   <td>double<br>……</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>DoubleFunction&lt;R&gt;<br>LongFunction&lt;R&gt;<br>IntFunction&lt;R&gt;</td> 
   <td>double<br>long<br>int</td> 
   <td>R</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>BiConsumer&lt;T, U&gt;</td> 
   <td>T,U</td> 
   <td>void</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ObjDoubleConsumer&lt;T&gt;</td> 
   <td>T,double</td> 
   <td>void</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>……</td> 
   <td>……</td> 
   <td>……</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

java.util.function包下总共43个常用函数式接口：  
`BiConsumer<T,U>` `BiFunction<T,U,R>` `BinaryOperator<T>` `BiPredicate<T,U>` `BooleanSupplier` `Consumer<T>` `DoubleBinaryOperator` `DoubleConsumer` `DoubleFunction<R>` `DoublePredicate` `DoubleSupplier` `DoubleToIntFunction` `DoubleToLongFunction` `DoubleUnaryOperator` `Function<T,R>` `IntBinaryOperator` `IntConsumer` `IntFunction<R>` `IntPredicate` `IntSupplier` `IntToDoubleFunction` `IntToLongFunction` `IntUnaryOperator` `LongBinaryOperator` `LongConsumer` `LongFunction<R>` `LongPredicate` `LongSupplier` `LongToDoubleFunction` `LongToIntFunction` `LongUnaryOperator` `ObjDoubleConsumer<T>` `ObjIntConsumer<T>` `ObjLongConsumer<T>` `Predicate<T>` `Supplier<T>` `ToDoubleBiFunction<T,U>` `ToDoubleFunction<T>` `ToIntBiFunction<T,U>` `ToIntFunction<T>` `ToLongBiFunction<T,U>` `ToLongFunction<T>` `UnaryOperator<T>`

--------------------

#### 2)方法引用 ####

如果lambda表达式的匿名函数方法体中实现的功能，已经有现成的方法时，我们可以通过方法的名称引用已有方法。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法引用</th> 
   <th>等价的lambda表达式</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>String::valueOf</td> 
   <td>x -&gt; Sting.valueOf(x)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Object::toString</td> 
   <td>x -&gt; x.toString()</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>x::toString</td> 
   <td>() -&gt; x.toString()</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ArrayList::new</td> 
   <td>() -&gt; new ArrayList&lt;&gt;()</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  实例方法引用

//例1
            Consumer<String> c=(x) -> System.out.println(x);
            Consumer<String> c1=System.out::println;
    
            //例2
            final SysUser sysUser=new SysUser();
            Supplier<String> s=() -> sysUser.getFullname();
            Supplier<String> s1=sysUser::getFullname;

*  静态方法引用

Function<List<Integer>,Integer> f=(x) -> Collections.max(x);
            Function<List<Integer>,Integer> f1=Collections::max;

*  类的实例方法引用

//当lambda参数列表中第一个参数为是实例方法的调用者，而第二个参数是实例方法的参数时，可以使用类的实例方法，ClassName::method
            BiPredicate<String,String> p=(x,y) -> x.equals(y);
            BiPredicate<String,String> p1=String::equals;

*  构造方法引用

Supplier<SysUser> su=() -> new SysUser();
            Supplier<SysUser> su1=SysUser::new;

*  数组构造方法引用

IntFunction<Integer[]> intFunction=(x) -> new Integer[x];
            Integer[] apply = intFunction.apply(3);
            IntFunction<Integer[]> intFunction1=Integer[]::new;
            Integer[] apply1 = intFunction1.apply(3);

> 方法引用最明显的特点就是只有方法名，而没有参数，只能弄明白JVM是如何推导参数的，才能熟练使用方法引用。  
> **适配方法一**：引用的方法与函数式接口的抽象方法，参数列表相同，适用类型：`实例方法引用` `静态方法引用` `构造方法引用`  
> **适配方法二**：参数列表中第一个参数充当实例方法的调用者，而第二个参数充当实例方法的参数，适用类型：`类的实例方法引用`  
> **适配方法三**：整数型参数充当数组的构造方法的初始长度值，适用类型：`数组构造方法引用`

## 二、stream学习 ##

### 1. 什么是stream ###

stream是把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。

你可以把它当做是是一个高级版本的Iterator，它对集合（Collection）对象功能进行了增强，它还提供并行模式进行数据操作，而无需编写多线程代码；同时它的短路操作可以在不用处理全部元素就可以返回结果，达到节省资源，提高性能的作用。

你也可以把Stream当做是一种可供流式操作的数据视图，类似数据库中视图的概念，它不改变源数据集合，如果对其有修改操作它会返回一个新的数据集合。

Stream API 借助 Lambda 表达式，极大的提高编程效率和程序可读性；它是用函数式编程方式在集合类上进行复杂操作的工具，其集成了Java 8中的众多新特性之一的聚合操作，开发者可以更容易地使用Lambda表达式，并且更方便地实现对集合的查找、遍历、过滤以及常见计算等。

### 2.流的构成 ###

当我们使用一个流的时候，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。

### 3.创建Stream ###

*  Stream接口的静态工厂方法
 *  Collection对象和数组对象转换成Stream

**静态工厂方法**

*  of

Stream<String> stringStream=Stream.of("aaa","bbb","ccc","ddd");
            stringStream.forEach(System.out::println);

*  generator

Stream.generate(Math::random).limit(5).forEach(System.out::println);

*  iterate

Stream.iterate(1,(x)->x+1).limit(5).forEach(System.out::println);

**Collection对象和数组对象转换成Stream**

*  Collect对象转换成Stream

List<String> arrayList=new ArrayList<>();
            Stream<String> stream = arrayList.stream();
            Stream<String> stringStream1 = arrayList.parallelStream();//并行stream

*  数组对象转换成Stream

String[] sArr = new String[10];
            Stream<String> stream1 = Arrays.stream(sArr);

### 4.数据操作 ###

流的操作类型分为两种：

*  **中间操作Intermediate** ：一个流可以后面跟随零个或多个中间操作。其目的主要是打开流，做出某种程度的数据映射/过滤，然后返回一个新的流，交给下一个操作使用。这类操作都是惰性化的（lazy），就是说，仅仅调用到这类方法，并没有真正开始流的遍历。而中间操作又可以分为无状态操作和有状态操作
    
     *  无状态操作  
        `unordered()` `filter()` `map()` `mapToInt()` `mapToLong()` `mapToDouble()` `flatMap()` `flatMapToInt()` `flatMapToLong()` `flatMapToDouble()` `peek()`
     *  有状态操作  
        `distinct()` `sorted()` `sorted()` `limit()` `skip()`
    
    > 无状态中间操作是指元素的处理不受前面元素的影响，而有状态的中间操作必须等到所有元素处理之后才知道最终结果，比如排序是有状态操作，在读取所有元素之前并不能确定排序结果
 *  **终止操作Terminal** ：一个流只能有一个 终止操作，当这个操作执行后，流就被使用“光”了，无法再被操作。所以这必定是流的最后一个操作。终止操作的执行，才会真正开始流的遍历，并且会生成一个结果或产生数据操作效果，终止操作又可分为非短路操作和短路操作
    
     *  非短路操作  
        `forEach()` `forEachOrdered()` `toArray()` `reduce()` `collect()` `max()` `min()` `count()`
     *  短路操作  
        `anyMatch()` `allMatch()` `noneMatch()` `findFirst()` `findAny()`
    
    > 短路操作是指不用处理全部元素就可以返回结果，比如找到第一个满足条件的元素。之所以要进行如此精细的划分，是因为底层对每一种情况的处理方式不同。

在对于一个 Stream 进行N中间操作时，是不是进行了N次for 循环？其实不是这样的，转换操作都是懒操作，多个转换操作只会在 终止操作的时候才会融合起来，一次循环完成。我们可以这样简单的理解，Stream 里有个操作函数的集合，每次转换操作就是把转换函数放入这个集合中，在 终止操作的时候循环 Stream 对应的集合，然后对每个元素执行所有的函数。

### 5.Stream API接口介绍 ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>接口名称</th> 
   <th align="left">说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>filter</td> 
   <td align="left">过滤流，过滤流中的元素，返回一个符合条件的Stream</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>map</td> 
   <td align="left">转换流，将一种类型的流转换为另外一种流。（mapToInt、mapToLong、mapToDouble 返回int、long、double基本类型对应的Stream）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>flatMap</td> 
   <td align="left">简单的说，就是一个或多个流合并成一个新流。（flatMapToInt、flatMapToLong、flatMapToDouble 返回对应的IntStream、LongStream、DoubleStream流。）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>distinct</td> 
   <td align="left">返回去重的Stream。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>sorted</td> 
   <td align="left">返回一个排序的Stream。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>peek</td> 
   <td align="left">主要用来查看流中元素的数据状态。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>limit</td> 
   <td align="left">返回前n个元素数据组成的Stream。属于短路操作</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>skip</td> 
   <td align="left">返回第n个元素后面数据组成的Stream。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>forEach</td> 
   <td align="left">循环操作Stream中数据。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>toArray</td> 
   <td align="left">返回流中元素对应的数组对象。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>reduce</td> 
   <td align="left">聚合操作，用来做统计。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>collect</td> 
   <td align="left">聚合操作，封装目标数据。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>min、max、count</td> 
   <td align="left">聚合操作，最小值，最大值，总数量。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>anyMatch</td> 
   <td align="left">短路操作，有一个符合条件返回true。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>allMatch</td> 
   <td align="left">所有数据都符合条件返回true。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>noneMatch</td> 
   <td align="left">所有数据都不符合条件返回true。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>findFirst</td> 
   <td align="left">短路操作，获取第一个元素。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>findAny</td> 
   <td align="left">短路操作，获取任一元素。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>forEachOrdered</td> 
   <td align="left">按元素顺序执行循环操作。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 6. 实例操作 ###

创建一个学生对象的List对象，然后使用stream方式对学生列表对象进行聚合、过滤、排序、映射等操作。

创建学生List

List<Student> students=new ArrayList<Student>(){ { 
            add(new Student(1,"张三","语文",88d));
            add(new Student(2,"张三","数学",90d));
            add(new Student(3,"张三","英语",82d));
            add(new Student(4,"李四","语文",90d));
            add(new Student(5,"李四","数学",80d));
            add(new Student(6,"李四","英语",72d));
            add(new Student(7,"王五","数学",68d));
            add(new Student(8,"王五","语文",70d));
            add(new Student(9,"王五","英语",92d));
        }};

获得学生名单

//获取学生名单
            List<String> collect2 = students.stream().map(Student::getName)
                    .distinct().collect(Collectors.toList());
            collect2.forEach(System.out::println);
    
            //获取学生名单
            Set<String> collect = students.stream().map(Student::getName)
                    .collect(Collectors.toSet());
            collect.stream().forEach(System.out::println);

获得张三的成绩单

//获得张三的成绩单
            Map<String, Double> zsDate = students.stream()
                    .filter((x) -> x.getName().equals("张三"))
                    .collect(Collectors.toMap(Student::getCourse, Student::getScore));
            zsDate.forEach((k,v)-> System.out.println(k+"成绩是："+v));

查找每个人的总成绩，并进行排名

//查找每个人的总成绩，并进行排名
            Map<String, Double> collect = students.stream().collect(Collectors.groupingBy(
                    Student::getName, Collectors.summingDouble(Student::getScore)
            )).entrySet().stream().sorted(Entry.<String, Double>comparingByValue().reversed())
                    .collect(Collectors.toMap(Entry::getKey
                            , Entry::getValue,(x,y)->x,LinkedHashMap::new));
            collect.forEach((k,v)-> System.out.println(k+"的总成绩为"+v));

查找各科成绩最高的

//查找各科成绩最高的
            Map<String, Double> collect = students.stream().collect(Collectors.groupingBy(
                    Student::getCourse,
                    Collectors.collectingAndThen(
                            Collectors.maxBy(Comparator.comparingDouble(Student::getScore)),
                            (x) -> x.get().getScore()
                    )
            ));
            collect.forEach((k,v)-> System.out.println(k+"的最高成绩为"+v));

查询成绩为优异的学生

//查询成绩为优异的学生
            List<String> collect = students.stream().collect(Collectors.groupingBy(
                    Student::getName, Collectors.collectingAndThen(Collectors.toList(),
                            x -> x.stream().noneMatch(y -> y.getScore() < 80))))
                    .entrySet().stream().filter(Map.Entry::getValue)
                    .map(Map.Entry::getKey).collect(Collectors.toList());
            collect.forEach(System.out::println);