第四十六节 Java 8 Stream

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。

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。

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。

+--------------------+       +------+   +------+   +---+   +-------+
| 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。

生成流

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());

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

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

将以下代码放入 Java8Tester.java 文件中：

Java8Tester.java 文件

将以下代码放入 Java8Tester.java 文件中：

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();}
}

执行以上脚本，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