Java 8中使用Stream流式处理集合

落日映苍穹つ 2023-03-13 13:15 23阅读 0赞

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作者：Hollis

## 前言 ##

在Java中，**集合和数组**是我们经常会用到的数据结构，需要经常对他们做**增、删、改、查、聚合、统计、过滤**等操作。相比之下，关系型数据库中也同样有这些操作，但是在Java 8之前，集合和数组的处理并不是很便捷。

不过，这一问题在**Java 8中得到了改善**，Java 8 API添加了一个新的抽象称为流**Stream**，可以让你以一种声明的方式处理数据。本文就来介绍下如何使用Stream。

## **Stream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。

Stream API可以极大提高Java程序员的生产力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。

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。

Stream有以下特性及优点：

*  **无存储。Stream不是一种数据结构，它只是某种数据源的一个视图，数据源可以是一个数组，Java容器或I/O channel等。**
 *  **为函数式编程而生。对Stream的任何修改都不会修改背后的数据源，比如对Stream执行过滤操作并不会删除被过滤的元素，而是会产生一个不包含被过滤元素的新Stream。**
 *  **惰式执行。Stream上的操作并不会立即执行，只有等到用户真正需要结果的时候才会执行。**
 *  **可消费性。Stream只能被“消费”一次，一旦遍历过就会失效，就像容器的迭代器那样，想要再次遍历必须重新生成。**

我们举一个例子，来看一下到底Stream可以做什么事情：

![format_png][]

上面的例子中，获取一些带颜色塑料球作为数据源，首先过滤掉红色的、把它们融化成随机的三角形。再过滤器并删除小的三角形。最后计算出剩余图形的周长。

如上图，对于流的处理，主要有**三种关键性操作**：分别是**流的创建、中间操作（intermediate operation）**以及最终操作(terminal operation)。

## **Stream的创建** ##

在Java 8中，可以有多种方法来创建流。

### **1、通过已有的集合来创建流** ###

在Java 8中，除了增加了很多Stream相关的类以外，还对集合类自身做了**增强**，在其中增加了stream方法，可以将一个集合类转换成流。

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

以上，**通过一个已有的List创建一个流。除此以外，还有一个parallelStream方法，可以为集合创建一个并行流。**

这种通过集合创建出一个Stream的方式也是比较常用的一种方式。

### **2、通过Stream创建流** ###

可以使用Stream类提供的方法，直接返回一个由指定元素组成的流。

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

如以上代码，直接**通过of方法**，创建并返回一个Stream。

## **Stream中间操作** ##

Stream有**很多中间操作**，多个中间操作可以连接起来形成一个流水线，每一个中间操作就像流水线上的一个工人，每人工人都可以对流进行加工，加工后得到的**结果还是一个流**。

![format_png 1][]

以下是常用的中间操作列表:

![format_png 2][]

**filter**

filter 方法用于通过设置的条件**过滤出元素**。以下代码片段使用 filter 方法过滤掉空字符串：

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**映射每个元素到对应的结果**，以下代码片段使用 map 输出了元素对应的平方数：

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 个元素；skip 则是扔掉前 n 个元素。以下代码片段使用 limit 方法保理4个元素：

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 方法用于对流进行排序。以下代码片段使用 sorted 方法进行排序：

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主要用来去重，以下代码片段使用 distinct 对元素进行去重：

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

接下来我们通过一个例子和一张图，来演示下，当一个Stream先后通过**filter、map、sort、limit**以及distinct处理后会发生什么。

代码如下：

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();

过程及每一步得到的结果如下图：

![format_png 3][]

## **Stream最终操作** ##

Stream的**中间操作得到的结果还是一个Stream**，那么如何把一个Stream转换成我们需要的类型呢？比如计算出流中元素的个数、将流**装换成集合等。这就需要最终操作（terminal operation）**

最终操作会消耗流，产生一个最终结果。也就是说，在最终操作之后，不能再次使用流，也不能在使用任何中间操作，否则将抛出异常：

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

俗话说，“你永远不会两次踏入同一条河”也正是这个意思。

常用的最终操作如下图：

![format_png 4][]

**forEach**

Stream 提供了方法 'forEach' 来迭代流中的每个数据。以下代码片段使用 forEach 输出了10个随机数：

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

**count**

**count**用来**统计**流中的元素个数。

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

**collect**

**collect就是一个归约操作**，可以接受各种做法作为参数，将流中的元素累积成一个汇总结果：

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

接下来，我们还是使用一张图，来演示下，前文的例子中，当一个Stream先后通过filter、map、sort、limit以及distinct处理后会，在分别使用不同的最终操作可以得到怎样的结果。

下图，展示了文中介绍的所有操作的位置、输入、输出以及使用一个案例展示了其结果。

![format_png 5][]

## **总结** ##

本文**介绍了Java 8中的Stream 的用途，优点**等。还接受了Stream的几种用法，分别是**Stream创建、中间操作和最终操作**。

Stream的创建有**两种方式，分别是通过集合类的stream方法、通过Stream的of方法**。

Stream的**中间操作可以用来处理Stream，中间操作的输入和输出都是Stream，中间操作可以是过滤、转换、排序等**。

Stream的最终操作可以将Stream转成其他形式，如计算出流中元素的个数、将流装换成集合、以及元素的遍历等。

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