Java Stream流

Java 8 版本新增的Stream，配合同版本出现的Lambda ，给我们操作集合（Collection）提供了极大的便利。Stream流是JDK8新增的成员，允许以声明性方式处理数据集合，可以把Stream流看作是遍历数据集合的一个高级迭代器。Stream 是 Java8 中处理集合的关键抽象概念，它可以指定你希望对集合进行的操作，可以执行非常复杂的查找/筛选/过滤、排序、聚合和映射数据等操作。使用Stream API 对集合数据进行操作，就类似于使用 SQL 执行的数据库查询。也可以使用 Stream API 来并行执行操作。

简而言之，Stream API 提供了一种高效且易于使用的处理数据的方式。

+--------------------+ +------+ +------+ +---+ +-------+
| stream of elements +-----> |filter+-> |sorted+-> |map+-> |collect|
+--------------------+ +------+ +------+ +---+ +-------+

以上的流程转换为 Java 代码为：

List<Integer> transactionsIds = 
widgets.stream().filter(b -> b.getColor() == RED).sorted((x,y) -> x.getWeight() - y.getWeight()).mapToInt(Widget::getWeight).sum();

什么是 Stream？

Stream（流）是一个来自数据源的元素队列并支持聚合操作

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，I/O channel，产生器generator 等。
聚合操作 类似SQL语句一样的操作，比如filter, map, reduce, find, match, sorted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（fluent style）。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For-Each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，通过访问者模式(Visitor)实现。

流创建操作

在 Java 8 中, 集合接口有两个方法来生成流：

stream() − 为集合创建串行流。

parallelStream() − 为集合创建并行流。

List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
List<String> filtered = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());

生成流的方式主要有五种

1.Stream创建

Stream<Integer> stream1 = Stream.of(1,2,3,4,5);

2、Collection集合创建（应用中最常用的一种）

List<Integer> integerList = new ArrayList<>();integerList.add(1);integerList.add(2);integerList.add(3);integerList.add(4);integerList.add(5);Stream<Integer> listStream = integerList.stream();

3、Array数组创建

int[] intArr = {1, 2, 3, 4, 5};IntStream arrayStream = Arrays.stream(intArr);

通过Arrays.stream方法生成流，并且该方法生成的流是数值流【即IntStream】而不是 Stream

使用数值流可以避免计算过程中拆箱装箱，提高性能。

Stream API提供了mapToInt、mapToDouble、mapToLong三种方式将对象流【即Stream 】转换成对应的数值流，同时提供了boxed方法将数值流转换为对象流

4、文件创建

try {Stream<String> fileStream = Files.lines(Paths.get("data.txt"), Charset.defaultCharset());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}

通过Files.line方法得到一个流，并且得到的每个流是给定文件中的一行

5、函数创建

iterator

Stream<Integer> iterateStream = Stream.iterate(0, n -> n + 2).limit(5);

iterate方法接受两个参数，第一个为初始化值，第二个为进行的函数操作，因为iterator生成的流为无限流，通过limit方法对流进行了截断，只生成5个偶数

generator

Stream<Double> generateStream = Stream.generate(Math::random).limit(5);

generate方法接受一个参数，方法参数类型为Supplier ，由它为流提供值。generate生成的流也是无限流，因此通过limit对流进行了截断

forEach

Stream 提供了新的方法 '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);

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);
// 获取对应的平方数
List<Integer> squaresList = numbers.stream().map( i -> i*i).distinct().collect(Collectors.toList());

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 方法过滤出空字符串：

List<String>strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
// 获取空字符串的数量
long count = strings.stream().filter(string -> string.isEmpty()).count();

limit

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();

limit 方法用于获取指定数量的流。以下代码片段使用 limit 方法打印出 10 条数据：

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

sorted

sorted 方法用于对流进行排序。以下代码片段使用 sorted 方法对输出的 10 个随机数进行排序：

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

并行（parallel）程序

parallelStream 是流并行处理程序的代替方法。以下实例我们使用 parallelStream 来输出空字符串的数量：

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();

我们可以很容易的在顺序运行和并行之间切换。

Collectors

Collectors 类实现了很多归约操作，例如将流转换成集合和聚合元素。Collectors 可用于返回列表或字符串：

List<String>strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
List<String> filtered = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());System.out.println("筛选列表: " + filtered);
String mergedString = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).collect(Collectors.joining(", "));
System.out.println("合并字符串: " + mergedString);

统计

另外，一些产生统计结果的收集器也非常有用。它们主要用于int、double、long等基本类型上，它们可以用来产生类似如下的统计结果。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);IntSummaryStatistics stats = numbers.stream().mapToInt((x) -> x).summaryStatistics();System.out.println("列表中最大的数 : " + stats.getMax());
System.out.println("列表中最小的数 : " + stats.getMin());
System.out.println("所有数之和 : " + stats.getSum());
System.out.println("平均数 : " + stats.getAverage());

Stream 完整实例

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.IntSummaryStatistics;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.Map;public class Java8Tester {public static void main(String args[]){System.out.println("使用 Java 7: ");// 计算空字符串List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");System.out.println("列表: " +strings);long count = getCountEmptyStringUsingJava7(strings);System.out.println("空字符数量为: " + count);count = getCountLength3UsingJava7(strings);System.out.println("字符串长度为 3 的数量为: " + count);// 删除空字符串List<String> filtered = deleteEmptyStringsUsingJava7(strings);System.out.println("筛选后的列表: " + filtered);// 删除空字符串，并使用逗号把它们合并起来String mergedString = getMergedStringUsingJava7(strings,", ");System.out.println("合并字符串: " + mergedString);List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);// 获取列表元素平方数List<Integer> squaresList = getSquares(numbers);System.out.println("平方数列表: " + squaresList);List<Integer> integers = Arrays.asList(1,2,13,4,15,6,17,8,19);System.out.println("列表: " +integers);System.out.println("列表中最大的数 : " + getMax(integers));System.out.println("列表中最小的数 : " + getMin(integers));System.out.println("所有数之和 : " + getSum(integers));System.out.println("平均数 : " + getAverage(integers));System.out.println("随机数: ");// 输出10个随机数Random random = new Random();for(int i=0; i < 10; i++){System.out.println(random.nextInt());}System.out.println("使用 Java 8: ");System.out.println("列表: " +strings);count = strings.stream().filter(string->string.isEmpty()).count();System.out.println("空字符串数量为: " + count);count = strings.stream().filter(string -> string.length() == 3).count();System.out.println("字符串长度为 3 的数量为: " + count);filtered = strings.stream().filter(string ->!string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());System.out.println("筛选后的列表: " + filtered);mergedString = strings.stream().filter(string ->!string.isEmpty()).collect(Collectors.joining(", "));System.out.println("合并字符串: " + mergedString);squaresList = numbers.stream().map( i ->i*i).distinct().collect(Collectors.toList());System.out.println("Squares List: " + squaresList);System.out.println("列表: " +integers);IntSummaryStatistics stats = integers.stream().mapToInt((x) ->x).summaryStatistics();System.out.println("列表中最大的数 : " + stats.getMax());System.out.println("列表中最小的数 : " + stats.getMin());System.out.println("所有数之和 : " + stats.getSum());System.out.println("平均数 : " + stats.getAverage());System.out.println("随机数: ");random.ints().limit(10).sorted().forEach(System.out::println);// 并行处理count = strings.parallelStream().filter(string -> string.isEmpty()).count();System.out.println("空字符串的数量为: " + count);}private static int getCountEmptyStringUsingJava7(List<String> strings){int count = 0;for(String string: strings){if(string.isEmpty()){count++;}}return count;}private static int getCountLength3UsingJava7(List<String> strings){int count = 0;for(String string: strings){if(string.length() == 3){count++;}}return count;}private static List<String> deleteEmptyStringsUsingJava7(List<String> strings){List<String> filteredList = new ArrayList<String>();for(String string: strings){if(!string.isEmpty()){filteredList.add(string);}}return filteredList;}private static String getMergedStringUsingJava7(List<String> strings, String separator){StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();for(String string: strings){if(!string.isEmpty()){stringBuilder.append(string);stringBuilder.append(separator);}}String mergedString = stringBuilder.toString();return mergedString.substring(0, mergedString.length()-2);}private static List<Integer> getSquares(List<Integer> numbers){List<Integer> squaresList = new ArrayList<Integer>();for(Integer number: numbers){Integer square = new Integer(number.intValue() * number.intValue());if(!squaresList.contains(square)){squaresList.add(square);}}return squaresList;}private static int getMax(List<Integer> numbers){int max = numbers.get(0);for(int i=1;i < numbers.size();i++){Integer number = numbers.get(i);if(number.intValue() > max){max = number.intValue();}}return max;}private static int getMin(List<Integer> numbers){int min = numbers.get(0);for(int i=1;i < numbers.size();i++){Integer number = numbers.get(i);if(number.intValue() < min){min = number.intValue();}}return min;}private static int getSum(List numbers){int sum = (int)(numbers.get(0));for(int i=1;i < numbers.size();i++){sum += (int)numbers.get(i);}return sum;}private static int getAverage(List<Integer> numbers){return getSum(numbers) / numbers.size();}
}

输出结果为：

$ javac Java8Tester.java 
$ java Java8Tester
使用 Java 7: 
列表: [abc, , bc, efg, abcd, , jkl]
空字符数量为: 2
字符串长度为 3 的数量为: 3
筛选后的列表: [abc, bc, efg, abcd, jkl]
合并字符串: abc, bc, efg, abcd, jkl
平方数列表: [9, 4, 49, 25]
列表: [1, 2, 13, 4, 15, 6, 17, 8, 19]
列表中最大的数 : 19
列表中最小的数 : 1
所有数之和 : 85
平均数 : 9
随机数: 
-393170844
-963842252
447036679
-1043163142
-881079698
221586850
-1101570113
576190039
-1045184578
1647841045
使用 Java 8: 
列表: [abc, , bc, efg, abcd, , jkl]
空字符串数量为: 2
字符串长度为 3 的数量为: 3
筛选后的列表: [abc, bc, efg, abcd, jkl]
合并字符串: abc, bc, efg, abcd, jkl
Squares List: [9, 4, 49, 25]
列表: [1, 2, 13, 4, 15, 6, 17, 8, 19]
列表中最大的数 : 19
列表中最小的数 : 1
所有数之和 : 85
平均数 : 9.444444444444445
随机数: 
-1743813696
-1301974944
-1299484995
-779981186
136544902
555792023
1243315896
1264920849
1472077135
1706423674
空字符串的数量为: 2