还看不懂同事的代码？超强的 Stream 流操作姿势还不学习一下
java 8 新特性系列文章索引。
前言
我们都知道 lambda 和 stream 是 java 8 的两大亮点功能，在前面的文章里已经介绍过 lambda 相关知识，这次介绍下 java 8 的 stream 流操作。它完全不同于 java.io 包的 input/output stream ，也不是大数据实时处理的 stream 流。这个 stream 流操作是 java 8 对集合操作功能的增强，专注于对集合的各种高效、便利、优雅的聚合操作。借助于 lambda 表达式，显著的提高编程效率和可读性。且 stream 提供了并行计算模式，可以简洁的编写出并行代码，能充分发挥如今计算机的多核处理优势。
在使用 stream 流操作之前你应该先了解 lambda 相关知识，如果还不了解，可以参考之前文章：还看不懂同事的代码？lambda 表达式、函数接口了解一下 。
1. stream 流介绍
stream 不同于其他集合框架，它也不是某种数据结构，也不会保存数据，但是它负责相关计算，使用起来更像一个高级的迭代器。在之前的迭代器中，我们只能先遍历然后在执行业务操作，而现在只需要指定执行什么操作， stream 就会隐式的遍历然后做出想要的操作。另外 stream 和迭代器一样的只能单向处理，如同奔腾长江之水一去而不复返。
由于 stream 流提供了惰性计算和并行处理的能力，在使用并行计算方式时数据会被自动分解成多段然后并行处理，最后将结果汇总。所以 stream 操作可以让程序运行变得更加高效。
2. stream 流概念
stream 流的使用总是按照一定的步骤进行，可以抽象出下面的使用流程。
数据源（source） -> 数据处理/转换（intermedia） -> 结果处理（terminal ）
2.1. 数据源
数据源（source）也就是数据的来源，可以通过多种方式获得 stream 数据源，下面列举几种常见的获取方式。
- collection.stream(); 从集合获取流。
- collection.parallelstream(); 从集合获取并行流。
- arrays.stream(t array) or stream.of(); 从数组获取流。
- bufferedreader.lines(); 从输入流中获取流。
- intstream.of() ; 从静态方法中获取流。
- stream.generate(); 自己生成流
2.2. 数据处理
数据处理/转换（intermedia）步骤可以有多个操作，这步也被称为intermedia（中间操作）。在这个步骤中不管怎样操作，它返回的都是一个新的流对象，原始数据不会发生任何改变，而且这个步骤是惰性计算处理的，也就是说只调用方法并不会开始处理，只有在真正的开始收集结果时，中间操作才会生效，而且如果遍历没有完成，想要的结果已经获取到了（比如获取第一个值），会停止遍历，然后返回结果。惰性计算可以显著提高运行效率。
数据处理演示。
@test
public void streamdemo(){
list<string> namelist = arrays.aslist("darcy", "chris", "linda", "sid", "kim", "jack", "poul", "peter");
// 1. 筛选出名字长度为4的
// 2. 名字前面拼接 this is
// 3. 遍历输出
namelist.stream()
.filter(name -> name.length() == 4)
.map(name -> "this is "+name)
.foreach(name -> system.out.println(name));
}
// 输出结果
// this is jack
// this is poul
数据处理/转换操作自然不止是上面演示的过滤 filter 和 map映射两种，另外还有 map (maptoint, flatmap 等)、 filter、 distinct、 sorted、 peek、 limit、 skip、 parallel、 sequential、 unordered 等。
2.3. 收集结果
结果处理（terminal ）是流处理的最后一步，执行完这一步之后流会被彻底用尽，流也不能继续操作了。也只有到了这个操作的时候，流的数据处理/转换等中间过程才会开始计算，也就是上面所说的惰性计算。结果处理也必定是流操作的最后一步。
常见的结果处理操作有 foreach、 foreachordered、 toarray、 reduce、 collect、 min、 max、 count、 anymatch、 allmatch、 nonematch、 findfirst、 findany、 iterator 等。
下面演示了简单的结果处理的例子。
/**
* 转换成为大写然后收集结果，遍历输出
*/
@test
public void touppercasedemo() {
list<string> namelist = arrays.aslist("darcy", "chris", "linda", "sid", "kim", "jack", "poul", "peter");
list<string> uppercasenamelist = namelist.stream()
.map(string::touppercase)
.collect(collectors.tolist());
uppercasenamelist.foreach(name -> system.out.println(name + ","));
}
// 输出结果
// darcy,chris,linda,sid,kim,jack,poul,peter,
2.4. short-circuiting
有一种 stream 操作被称作 short-circuiting ，它是指当 stream 流无限大但是需要返回的 stream 流是有限的时候，而又希望它能在有限的时间内计算出结果，那么这个操作就被称为short-circuiting。例如 findfirst 操作。
3. stream 流使用
stream 流在使用时候总是借助于 lambda 表达式进行操作，stream 流的操作也有很多种方式，下面列举的是常用的 11 种操作。
3.1. stream 流获取
获取 stream 的几种方式在上面的 stream 数据源里已经介绍过了，下面是针对上面介绍的几种获取 stream 流的使用示例。
@test
public void createstream() throws filenotfoundexception {
list<string> namelist = arrays.aslist("darcy", "chris", "linda", "sid", "kim", "jack", "poul", "peter");
string[] namearr = {"darcy", "chris", "linda", "sid", "kim", "jack", "poul", "peter"};
// 集合获取 stream 流
stream<string> nameliststream = namelist.stream();
// 集合获取并行 stream 流
stream<string> nameliststream2 = namelist.parallelstream();
// 数组获取 stream 流
stream<string> namearrstream = stream.of(namearr);
// 数组获取 stream 流
stream<string> namearrstream1 = arrays.stream(namearr);
// 文件流获取 stream 流
bufferedreader bufferedreader = new bufferedreader(new filereader("readme.md"));
stream<string> linesstream = bufferedreader.lines();
// 从静态方法获取流操作
intstream rangestream = intstream.range(1, 10);
rangestream.limit(10).foreach(num -> system.out.print(num+","));
system.out.println();
intstream intstream = intstream.of(1, 2, 3, 3, 4);
intstream.foreach(num -> system.out.print(num+","));
}
3.2. foreach
foreach 是 strean 流中的一个重要方法，用于遍历 stream 流，它支持传入一个标准的 lambda 表达式。但是它的遍历不能通过 return/break 进行终止。同时它也是一个 terminal 操作，执行之后 stream 流中的数据会被消费掉。
如输出对象。
list<integer> numberlist = arrays.aslist(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9); numberlist.stream().foreach(number -> system.out.println(number+",")); // 输出结果 // 1,2,3,4,5,6,7,8,9,
3.3. map / flatmap
使用 map 把对象一对一映射成另一种对象或者形式。
/**
* 把数字值乘以2
*/
@test
public void maptest() {
list<integer> numberlist = arrays.aslist(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
// 映射成 2倍数字
list<integer> collect = numberlist.stream()
.map(number -> number * 2)
.collect(collectors.tolist());
collect.foreach(number -> system.out.print(number + ","));
system.out.println();
numberlist.stream()
.map(number -> "数字 " + number + ",")
.foreach(number -> system.out.println(number));
}
// 输出结果
// 2,4,6,8,10,12,14,16,18,
// 数字 1,数字 2,数字 3,数字 4,数字 5,数字 6,数字 7,数字 8,数字 9,
上面的 map 可以把数据进行一对一的映射，而有些时候关系可能不止 1对 1那么简单，可能会有1对多。这时可以使用 flatmap。下面演示使用 flatmap把对象扁平化展开。
/**
* flatmap把对象扁平化
*/
@test
public void flatmaptest() {
stream<list<integer>> inputstream = stream.of(
arrays.aslist(1),
arrays.aslist(2, 3),
arrays.aslist(4, 5, 6)
);
list<integer> collect = inputstream
.flatmap((childlist) -> childlist.stream())
.collect(collectors.tolist());
collect.foreach(number -> system.out.print(number + ","));
}
// 输出结果
// 1,2,3,4,5,6,
3.4. filter
使用 filter 进行数据筛选，挑选出想要的元素，下面的例子演示怎么挑选出偶数数字。
/**
* filter 数据筛选
* 筛选出偶数数字
*/
@test
public void filtertest() {
list<integer> numberlist = arrays.aslist(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
list<integer> collect = numberlist.stream()
.filter(number -> number % 2 == 0)
.collect(collectors.tolist());
collect.foreach(number -> system.out.print(number + ","));
}
得到如下结果。
2,4,6,8,
3.5. findfirst
findfirst 可以查找出 stream 流中的第一个元素，它返回的是一个 optional 类型，如果还不知道 optional 类的用处，可以参考之前文章 jdk14都要出了，还不能使用 optional优雅的处理空指针？ 。
/**
* 查找第一个数据
* 返回的是一个 optional 对象
*/
@test
public void findfirsttest(){
list<integer> numberlist = arrays.aslist(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
optional<integer> firstnumber = numberlist.stream()
.findfirst();
system.out.println(firstnumber.orelse(-1));
}
// 输出结果
// 1
findfirst 方法在查找到需要的数据之后就会返回不再遍历数据了，也因此 findfirst 方法可以对有无限数据的 stream 流进行操作，也可以说 findfirst 是一个 short-circuiting 操作。
3.6. collect / toarray
stream 流可以轻松的转换为其他结构，下面是几种常见的示例。
/**
* stream 转换为其他数据结构
*/
@test
public void collecttest() {
list<integer> numberlist = arrays.aslist(1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5);
// to array
integer[] toarray = numberlist.stream()
.toarray(integer[]::new);
// to list
list<integer> integerlist = numberlist.stream()
.collect(collectors.tolist());
// to set
set<integer> integerset = numberlist.stream()
.collect(collectors.toset());
system.out.println(integerset);
// to string
string tostring = numberlist.stream()
.map(number -> string.valueof(number))
.collect(collectors.joining()).tostring();
system.out.println(tostring);
// to string split by ,
string tostringbjoin = numberlist.stream()
.map(number -> string.valueof(number))
.collect(collectors.joining(",")).tostring();
system.out.println(tostringbjoin);
}
// 输出结果
// [1, 2, 3, 4, 5]
// 112233445
// 1,1,2,2,3,3,4,4,5
3.7. limit / skip
获取或者扔掉前 n 个元素
/**
* 获取 / 扔掉前 n 个元素
*/
@test
public void limitorskiptest() {
// 生成自己的随机数流
list<integer> agelist = arrays.aslist(11, 22, 13, 14, 25, 26);
agelist.stream()
.limit(3)
.foreach(age -> system.out.print(age+","));
system.out.println();
agelist.stream()
.skip(3)
.foreach(age -> system.out.print(age+","));
}
// 输出结果
// 11,22,13,
// 14,25,26,
3.8. statistics
数学统计功能，求一组数组的最大值、最小值、个数、数据和、平均数等。
/**
* 数学计算测试
*/
@test
public void mathtest() {
list<integer> list = arrays.aslist(1, 2, 3, 4, 5, 6);
intsummarystatistics stats = list.stream().maptoint(x -> x).summarystatistics();
system.out.println("最小值：" + stats.getmin());
system.out.println("最大值：" + stats.getmax());
system.out.println("个数：" + stats.getcount());
system.out.println("和：" + stats.getsum());
system.out.println("平均数：" + stats.getaverage());
}
// 输出结果
// 最小值：1
// 最大值：6
// 个数：6
// 和：21
// 平均数：3.5
3.9. groupingby
分组聚合功能，和数据库的 group by 的功能一致。
/**
* groupingby
* 按年龄分组
*/
@test
public void groupbytest() {
list<integer> agelist = arrays.aslist(11, 22, 13, 14, 25, 26);
map<string, list<integer>> agegrouybymap = agelist.stream()
.collect(collectors.groupingby(age -> string.valueof(age / 10)));
agegrouybymap.foreach((k, v) -> {
system.out.println("年龄" + k + "0多岁的有：" + v);
});
}
// 输出结果
// 年龄10多岁的有：[11, 13, 14]
// 年龄20多岁的有：[22, 25, 26]
3.10. partitioningby
/**
* partitioningby
* 按某个条件分组
* 给一组年龄，分出成年人和未成年人
*/
public void partitioningbytest() {
list<integer> agelist = arrays.aslist(11, 22, 13, 14, 25, 26);
map<boolean, list<integer>> agemap = agelist.stream()
.collect(collectors.partitioningby(age -> age > 18));
system.out.println("未成年人：" + agemap.get(false));
system.out.println("成年人：" + agemap.get(true));
}
// 输出结果
// 未成年人：[11, 13, 14]
// 成年人：[22, 25, 26]
3.11. 进阶 - 自己生成 stream 流
/**
* 生成自己的 stream 流
*/
@test
public void generatetest(){
// 生成自己的随机数流
random random = new random();
stream<integer> generaterandom = stream.generate(random::nextint);
generaterandom.limit(5).foreach(system.out::println);
// 生成自己的 uuid 流
stream<uuid> generate = stream.generate(uuid::randomuuid);
generate.limit(5).foreach(system.out::println);
}
// 输出结果
// 793776932
// -2051545609
// -917435897
// 298077102
// -1626306315
// 31277974-841a-4ad0-a809-80ae105228bd
// f14918aa-2f94-4774-afcf-fba08250674c
// d86ccefe-1cd2-4eb4-bb0c-74858f2a7864
// 4905724b-1df5-48f4-9948-fa9c64c7e1c9
// 3af2a07f-0855-455f-a339-6e890e533ab3
上面的例子中 stream 流是无限的，但是获取到的结果是有限的，使用了 limit 限制获取的数量，所以这个操作也是 short-circuiting 操作。
4. stream 流优点
4.1. 简洁优雅
正确使用并且正确格式化的 stream 流操作代码不仅简洁优雅，更让人赏心悦目。下面对比下在使用 stream 流和不使用 stream 流时相同操作的编码风格。
/**
* 使用流操作和不使用流操作的编码风格对比
*/
@test
public void difftest() {
// 不使用流操作
list<string> names = arrays.aslist("jack", "jill", "nate", "kara", "kim", "jullie", "paul", "peter");
// 筛选出长度为4的名字
list<string> sublist = new arraylist<>();
for (string name : names) {
if (name.length() == 4) {
sublist.add(name);
}
}
// 把值用逗号分隔
stringbuilder sbnames = new stringbuilder();
for (int i = 0; i < sublist.size() - 1; i++) {
sbnames.append(sublist.get(i));
sbnames.append(", ");
}
// 去掉最后一个逗号
if (sublist.size() > 1) {
sbnames.append(sublist.get(sublist.size() - 1));
}
system.out.println(sbnames);
}
// 输出结果
// jack, jill, nate, kara, paul
如果是使用 stream 流操作。
// 使用 stream 流操作
string namestring = names.stream()
.filter(num -> num.length() == 4)
.collect(collectors.joining(", "));
system.out.println(namestring);
4.2. 惰性计算
上面有提到，数据处理/转换（intermedia） 操作 map (maptoint, flatmap 等)、 filter、 distinct、 sorted、 peek、 limit、 skip、 parallel、 sequential、 unordered 等这些操作，在调用方法时并不会立即调用，而是在真正使用的时候才会生效，这样可以让操作延迟到真正需要使用的时刻。
下面会举个例子演示这一点。
/**
* 找出偶数
*/
@test
public void lazytest() {
// 生成自己的随机数流
list<integer> numberlist = arrays.aslist(1, 2, 3, 4, 5, 6);
// 找出偶数
stream<integer> integerstream = numberlist.stream()
.filter(number -> {
int temp = number % 2;
if (temp == 0 ){
system.out.println(number);
}
return temp == 0;
});
system.out.println("分割线");
list<integer> collect = integerstream.collect(collectors.tolist());
}
如果没有 惰性计算，那么很明显会先输出偶数，然后输出 分割线。而实际的效果是。
分割线 2 4 6
可见 惰性计算 把计算延迟到了真正需要的时候。
4.3. 并行计算
获取 stream 流时可以使用 parallelstream 方法代替 stream 方法以获取并行处理流，并行处理可以充分的发挥多核优势，而且不增加编码的复杂性。
下面的代码演示了生成一千万个随机数后，把每个随机数乘以2然后求和时，串行计算和并行计算的耗时差异。
/**
* 并行计算
*/
@test
public void main() {
// 生成自己的随机数流，取一千万个随机数
random random = new random();
stream<integer> generaterandom = stream.generate(random::nextint);
list<integer> numberlist = generaterandom.limit(10000000).collect(collectors.tolist());
// 串行 - 把一千万个随机数，每个随机数 * 2 ，然后求和
long start = system.currenttimemillis();
int sum = numberlist.stream()
.map(number -> number * 2)
.maptoint(x -> x)
.sum();
long end = system.currenttimemillis();
system.out.println("串行耗时："+(end - start)+"ms，和是:"+sum);
// 并行 - 把一千万个随机数，每个随机数 * 2 ，然后求和
start = system.currenttimemillis();
sum = numberlist.parallelstream()
.map(number -> number * 2)
.maptoint(x -> x)
.sum();
end = system.currenttimemillis();
system.out.println("并行耗时："+(end - start)+"ms，和是:"+sum);
}
得到如下输出。
串行耗时：1005ms，和是:481385106 并行耗时：47ms，和是:481385106
效果显而易见，代码简洁优雅。
5. stream 流建议
5.1 保证正确排版
从上面的使用案例中，可以发现使用 stream 流操作的代码非常简洁，而且可读性更高。但是如果不正确的排版，那么看起来将会很糟糕，比如下面的同样功能的代码例子，多几层操作呢，是不是有些让人头大？
// 不排版
string string = names.stream().filter(num -> num.length() == 4).map(name -> name.touppercase()).collect(collectors.joining(","));
// 排版
string string = names.stream()
.filter(num -> num.length() == 4)
.map(name -> name.touppercase())
.collect(collectors.joining(","));
5.1 保证函数纯度
如果想要你的 stream 流对于每次的相同操作的结果都是相同的话，那么你必须保证 lambda 表达式的纯度，也就是下面亮点。
- lambda 中不会更改任何元素。
- lambda 中不依赖于任何可能更改的元素。
这两点对于保证函数的幂等非常重要，不然你程序执行结果可能会变得难以预测，就像下面的例子。
@test
public void simpletest(){
list<integer> numbers = arrays.aslist(1, 2, 3);
int[] factor = new int[] { 2 };
stream<integer> stream = numbers.stream()
.map(e -> e * factor[0]);
factor[0] = 0;
stream.foreach(system.out::println);
}
// 输出结果
// 0
// 0
// 0
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