【Java技术指南】「实战盲区」深入透析Java8的Stream的原理及实战指南

Java最有影响力的功能

要说到Java8的技术体系中,最让人难以忘怀的功能,那非Lambda和Stream莫属了。两者结合操作,达成天作之合,有点势不可挡。

它主要用于补充集合类,它的强大,相信用过它的朋友,能明显的感受到,不用使用for循环就能对集合作出很好的操作。

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。

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流

Stream流处理的添加是Java 8中的主要新功能之一,要理解这些需要对Java8(lambda表达式、方法引用)有基本的工作知识。

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Stream功能介绍
  • 首先,应将Java 8的Stream流与Java原本的 I / O流(例如:FileInputStream等)区分开,两者在本质角度而言是两个东西
  • 简而言之,流是数据源周围的包装器,使我们能够使用该数据源进行操作,并使批量处理方便快捷。
  • 流不存储数据,从这个意义上说,它不是数据结构,它也永远不会修改基础数据源。
  • 此新功能java.util.stream-支持对元素流进行功能样式的操作,例如对集合进行map-reduce转换。
Stream功能定义

Stream将要处理的元素集合看作一种流,在流的过程中,借助Stream API对流中的元素进行操作,比如:筛选、排序、聚合等。

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采用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。

Stream的功能分析
  • Stream的操作符从流程操作是否完结大体上分为两种:中间操作符和终止操作符
流程中操作符

对于数据流来说,流程中操作符在执行指定处理程序后,数据流依然可以传递给下一级的操作符。

  • map(mapToInt,mapToLong,mapToDouble) :转换操作符,把比如A->B,这里默认提供了转int,long,double的操作符。
  • flatmap(flatmapToInt,flatmapToLong,flatmapToDouble) 拍平操作比如把 int[]{2,3,4} 拍平 变成 2,3,4 也就是从原来的一个数据变成了3个数据,默认提供了拍平成int,long,double的操作符。
  • limit 限流操作,比如数据流中有10个 我只要出前3个就可以使用。
  • distint 去重操作,对重复元素去重,底层使用了equals方法。
  • filter 过滤操作,把不想要的数据过滤。
  • peek 挑出操作,如果想对数据进行某些操作,如:读取、编辑修改等。
  • skip 跳过操作,跳过某些元素。
  • sorted(unordered) 排序操作,对元素排序,前提是实现Comparable接口,当然也可以自定义比较器。
流程终止操作符

数据经过中间加工操作,就轮到终止操作符上场了,终止操作符就是用来对数据进行收集或者消费的,数据到了终止操作这里就不会向下流动了,终止操作符只能使用一次。

  • collect 收集操作,将所有数据收集起来,这个操作非常重要,官方的提供的Collectors 提供了非常多收集器,可以说Stream 的核心在于Collectors。
  • count 统计操作,统计最终的数据个数。
  • findFirst、findAny 查找操作,查找第一个、查找任何一个 返回的类型为Optional。
  • noneMatch、allMatch、anyMatch 匹配操作,数据流中是否存在符合条件的元素 返回值为bool 值。
  • min、max 最值操作,需要自定义比较器,返回数据流中最大最小的值。
  • reduce 规约操作,将整个数据流的值规约为一个值,count、min、max底层就是使用reduce。
  • forEach、forEachOrdered 遍历操作,这里就是对最终的数据进行消费了。
  • toArray 数组操作,将数据流的元素转换成数组。

注意:中间操作符包含8种(排除了parallel,sequential,这两个操作并不涉及到对数据流的加工操作)

Stream流的API分析

Stream的创建
  1. 通过java.util.Collection.stream()方法用集合创建流
List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c");
// 创建一个顺序流
Stream<String> stream = list.stream();
// 创建一个并行流
Stream<String> parallelStream = list.parallelStream();
  1. 使用java.util.Arrays.stream(T[] array)方法用数组创建流
int[] array={1,3,5,6,8};
IntStream stream = Arrays.stream(array);
  1. 使用Stream的静态方法:of()、iterate()、generate()
Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5, 6);
Stream<Integer> stream2 = Stream.iterate(0, (x) -> x + 3).limit(4);
stream2.forEach(System.out::println); // 0 3 6 9
Stream<Double> stream3 = Stream.generate(Math::random).limit(3);
stream3.forEach(System.out::println);
stream和parallelStream的简单区分:
针对于筛选集合中的奇数,两者的处理不同之处:
  • stream是顺序流,由主线程按顺序对流执行操作;
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  • parallelStream是并行流,内部以多线程并行执行的方式对流进行操作,但前提是流中的数据处理没有顺序要求。
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遍历/匹配(foreach/find/match)

Stream也是支持类似集合的遍历和匹配元素的,只是Stream中的元素是以Optional类型存在的。Stream的遍历、匹配非常简单。

List<Integer> list = Arrays.asList(7, 6, 9, 3, 8, 2, 1);
// 遍历输出符合条件的元素
list.stream().filter(x -> x > 6).forEach(System.out::println);
// 匹配第一个
Optional<Integer> findFirst = list.stream().filter(x -> x > 6).findFirst();
// 匹配任意(适用于并行流)
Optional<Integer> findAny = list.parallelStream().filter(x -> x > 6).findAny();
// 是否包含符合特定条件的元素
boolean anyMatch = list.stream().anyMatch(x -> x < 6);
System.out.println("匹配第一个值:" + findFirst.get());
System.out.println("匹配任意一个值:" + findAny.get());
System.out.println("是否存在大于6的值:" + anyMatch);

筛选(filter)

筛选,是按照一定的规则校验流中的元素,将符合条件的元素提取到新的流中的操作。筛选出Integer集合中大于7的元素,并打印出来

public class StreamTest {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = Arrays.asList(6, 7, 3, 8, 1, 2, 9);
Stream<Integer> stream = list.stream();
stream.filter(x -> x > 7).forEach(System.out::println);
}
}

聚合(max/min/count)

max、min、count这些字眼你一定不陌生,没错,在mysql中我们常用它们进行数据统计。Java stream中也引入了这些概念和用法,极大地方便了我们对集合、数组的数据统计工作。

获取String集合中最长的元素。
public class StreamTest {

public static void main(String[] args) {
List<String> list = Arrays.asList("adnm", "admmt", "pot", "xbangd", "weoujgsd");
Optional<String> max = list.stream().max(Comparator.comparing(String::length));
System.out.println("最长的字符串:" + max.get());
}
}
输出结果:
最长的字符串:weoujgsd
获取Integer集合中的最大值。
public class StreamTest {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = Arrays.asList(7, 6, 9, 4, 11, 6);
// 自然排序
Optional<Integer> max = list.stream().max(Integer::compareTo);
// 自定义排序
Optional<Integer> max2 = list.stream().max(new Comparator<Integer>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return o1.compareTo(o2);
}
});
System.out.println("自然排序的最大值:" + max.get());
System.out.println("自定义排序的最大值:" + max2.get());
}
}

计算Integer集合中大于5的元素的个数。

public class StreamTest {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = Arrays.asList(7, 6, 4, 8, 2, 11, 9);
long count = list.stream().filter(x -> x > 5).count();
System.out.println("list中大于6的元素个数:" + count);
}
}

映射(map/flatMap)

映射可以将一个流的元素按照一定的映射规则映射到另一个流中。分为map和flatMap:

  • map:接收一个函数作为参数,该函数会被应用到每个元素上,并将其映射成一个新的元素。
  • flatMap:接收一个函数作为参数,将流中的每个值都换成另一个流,然后把所有流连接成一个流。

英文字符串数组的元素全部改为大写。

String[] strArr = { "abcd", "bcdd", "defde", "fTr" };
List<String> strList = Arrays.stream(strArr).map(String::toUpperCase).collect(Collectors.toList());
System.out.println("每个元素大写:" + strList);

整数数组每个元素+3

List<Integer> intList = Arrays.asList(1, 3, 5, 7, 9, 11);
List<Integer> intListNew = intList.stream().map(x -> x + 3).collect(Collectors.toList());
System.out.println("每个元素+3:" + intListNew);

将两个字符数组合并成一个新的字符数组。

List<String> list = Arrays.asList("m,k,l,a", "1,3,5,7");
List<String> listNew = list.stream().flatMap(s -> {
// 将每个元素转换成一个stream
String[] split = s.split(",");
Stream<String> s2 = Arrays.stream(split);
return s2;
}).collect(Collectors.toList());
归并操作(reduce)

归并,也称缩减,顾名思义,是把一个流缩减成一个值,能实现对集合求和、求乘积和求最值操作。

List<Integer> list = Arrays.asList(1, 3, 2, 8, 11, 4);
// 求和方式1
Optional<Integer> sum = list.stream().reduce(Integer::sum);
// 求和方式2
Optional<Integer> sum2 = list.stream().reduce(Integer::sum);
// 求和方式3
Integer sum3 = list.stream().reduce(0, Integer::sum);
// 求乘积
Optional<Integer> product = list.stream().reduce((x, y) -> x * y);
// 求最大值方式1
Optional<Integer> max = list.stream().reduce((x, y) -> x > y ? x : y);
// 求最大值写法2
Integer max2 = list.stream().reduce(1, Integer::max);
统计(count/averaging)

Collectors提供了一系列用于数据统计的静态方法:

  • 计数:count
  • 平均值:averagingInt、averagingLong、averagingDouble
  • 最值:maxBy、minBy
  • 求和:summingInt、summingLong、summingDouble
  • 统计以上所有:summarizingInt、summarizingLong、summarizingDouble

案例:统计员工人数、平均工资、工资总额、最高工资。

List<Person> personList = new ArrayList<Person>();
personList.add(new Person("Tom", 8900, 23, "male", "New York"));
personList.add(new Person("Jack", 7000, 25, "male", "Washington"));
personList.add(new Person("Lily", 7800, 21, "female", "Washington"));
// 求总数
long count = personList.size();
// 求平均工资
Double average = personList.stream().collect(Collectors.averagingDouble(Person::getSalary));
// 求最高工资
Optional<Integer> max = personList.stream().map(Person::getSalary).max(Integer::compare);
// 求工资之和
int sum = personList.stream().mapToInt(Person::getSalary).sum();
// 一次性统计所有信息
DoubleSummaryStatistics collect = personList.stream().collect(Collectors.summarizingDouble(Person::getSalary));
System.out.println("员工总数:" + count);
System.out.println("员工平均工资:" + average);
System.out.println("员工最高工资:" + max.get());
System.out.println("员工工资总和:" + sum);
System.out.println("员工工资所有统计:" + collect);
分组(partitioningBy/groupingBy)

分区:将stream按条件分为两个Map,比如员工按薪资是否高于8000分为两部分。 分组:将集合分为多个Map,比如员工按性别分组。有单级分组和多级分组。 案例:将员工按薪资是否高于8000分为两部分;将员工按性别和地区分组

List<Person> personList = new ArrayList<Person>();
personList.add(new Person("Tom", 8900, 23, "male", "Washington"));
personList.add(new Person("Jack", 7000, 25, "male", "Washington"));
personList.add(new Person("Lily", 7800, 21, "female", "New York"));
personList.add(new Person("Anni", 8200, 24, "female", "New York"));
// 将员工按薪资是否高于8000分组
Map<Boolean, List<Person>> part = personList.stream().collect(Collectors.partitioningBy(x -> x.getSalary() > 8000));
// 将员工按性别分组
Map<String, List<Person>> group = personList.stream().collect(Collectors.groupingBy(Person::getSex));
// 将员工先按性别分组,再按地区分组
Map<String, Map<String, List<Person>>> group2 = personList.stream().collect(Collectors.groupingBy(Person::getSex, Collectors.groupingBy(Person::getArea)));
接合(joining)

joining可以将stream中的元素用特定的连接符(没有的话,则直接连接)连接成一个字符串。

List<Person> personList = new ArrayList<Person>();
personList.add(new Person("Tom", 8900, 23, "male", "New York"));
personList.add(new Person("Jack", 7000, 25, "male", "Washington"));
personList.add(new Person("Lily", 7800, 21, "female", "Washington"));
String names = personList.stream().map(Person::getName).collect(Collectors.joining(","));
System.out.println("所有员工的姓名:" + names);
List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
String string = list.stream().collect(Collectors.joining("-"));
System.out.println("拼接后的字符串:" + string);
排序(sorted)

sorted,中间操作。有两种排序:

  • sorted():自然排序,流中元素需实现Comparable接口
  • sorted(Comparator com):Comparator排序器自定义排序

案例:将员工按工资由高到低(工资一样则按年龄由大到小)排序

List<Person> personList = new ArrayList<Person>();
personList.add(new Person("Sherry", 9000, 24, "female", "New York"));
personList.add(new Person("Tom", 8900, 22, "male", "Washington"));
personList.add(new Person("Jack", 9000, 25, "male", "Washington"));
personList.add(new Person("Lily", 8800, 26, "male", "New York"));
personList.add(new Person("Alisa", 9000, 26, "female", "New York"));
// 按工资升序排序(自然排序)
List<String> newList = personList.stream().sorted(Comparator.comparing(Person::getSalary)).map(Person::getName)
.collect(Collectors.toList());
// 按工资倒序排序
List<String> newList2 = personList.stream().sorted(Comparator.comparing(Person::getSalary).reversed())
.map(Person::getName).collect(Collectors.toList());
// 先按工资再按年龄升序排序
List<String> newList3 = personList.stream()
.sorted(Comparator.comparing(Person::getSalary).thenComparing(Person::getAge)).map(Person::getName)
.collect(Collectors.toList());
// 先按工资再按年龄自定义排序(降序)
List<String> newList4 = personList.stream().sorted((p1, p2) -> {
if (p1.getSalary() == p2.getSalary()) {
return p2.getAge() - p1.getAge();
} else {
return p2.getSalary() - p1.getSalary();
}
}).map(Person::getName).collect(Collectors.toList());
提取/组合

流也可以进行合并、去重、限制、跳过等操作。

String[] arr1 = { "a", "b", "c", "d" };
String[] arr2 = { "d", "e", "f", "g" };
Stream<String> stream1 = Stream.of(arr1);
Stream<String> stream2 = Stream.of(arr2);
// concat:合并两个流 distinct:去重
List<String> newList = Stream.concat(stream1, stream2).distinct().collect(Collectors.toList());
// limit:限制从流中获得前n个数据
List<Integer> collect = Stream.iterate(1, x -> x + 2).limit(10).collect(Collectors.toList());
// skip:跳过前n个数据
List<Integer> collect2 = Stream.iterate(1, x -> x + 2).skip(1).limit(5).collect(Collectors.toList());
System.out.println("流合并:" + newList);
System.out.println("limit:" + collect);
System.out.println("skip:" + collect2);

实际案例操作

遍历集合

日常开发中,我们经常需要需要遍历集合对象中的元素,例如,我们会采用如下方式进行遍历元素,然后过滤出某个字段的集合,当采用 Stream 编程之后,只需要通过一行代码,即可实现:

/** 
* jdk8 从集合对象中获取用户ID集合
* @param userList
* @return
*/
public List<Long> getUserIds(List<User> userList){
List<Long> userIds = userList.stream().map(User::getUserId).collect(Collectors.toList());
return userIds;
}
筛选元素

筛选元素,是日常开发中经常会碰到,例如在 jdk8,采用 Stream api,我们只需要通过filter方法来筛选出需要的数据,即可过滤出用户ID不为空的数据。

/** 
* jdk8 从集合对象中筛选出用户ID不为空的数据
* @param userList
* @return
*/
public List<Long> getUserIds8(List<User> userList){
List<Long> userIds = userList.stream().filter(item -> item.getUserId() != null).map(User::getUserId).collect(Collectors.toList());
return userIds;
}
删除重复的内容

如果你想对返回的集合内容排除重复的数据,操作也很简单,在合并的时候使用Collectors.toSet()即可!

/** 
* jdk8 从集合对象中筛选出用户ID不为空的数据,并进行去重
* @param userList
* @return
*/
public Set<Long> getUserIds(List<User> userList){
Set<Long> userIds = userList.stream().filter(item -> item.getUserId() != null).map(User::getUserId).collect(Collectors.toSet());
return userIds;
}
数据类型转换

在实际的开发过程中,经常会出现数据类型定义不一致的问题,例如有的系统,使用String接受,有的是用Long,对于这种场景,我们需要将其转换,操作也很简单

/** 
* jdk8 将Long类型数据转换成String类型
* @param userIds
* @return
*/
public List<String> getUserIds10(List<Long> userIds){
List<String> userIdStrs = userIds.stream().map(x -> x.toString()).collect(Collectors.toList());
return userIdStrs;
}
数组转集合

我们还会碰到,前端传给我们的是一个数组,但是我们需要转成集合,采用 stream api 操作也很简单!

public static void main(String[] args) { 
//创建一个字符串数组
String[] strArray = new String[]{"a","b","c"};
//转换后的List 属于 java.util.ArrayList 能进行正常的增删查操作
List<String> strList = Stream.of(strArray).collect(Collectors.toList());
}
集合转Map操作

在实际的开发过程中,还有一个使用最频繁的操作就是,将集合元素中某个主键字段作为key,元素作为value,来实现集合转map的需求,这种需求在数据组装方面使用的非常多,尤其是在禁止连表 sql 查询操作的公司,视图数据的拼装只能在代码层面来实现。

例如,下面这段代码,角色表里面关联角色组ID信息,当查询角色信息的时候,需要把角色组名称也展示处理,采用map方式来匹配,效率会非常高。

实际代码案例分享
//角色组ID集合
Set<Long> roleGroupIds = new HashSet<>();
//查询所有的角色信息
List<RoleInfo> dbList = roleInfoMapper.findByPage(request);
for (RoleInfo source : dbList) {
roleGroupIds.add(source.getRoleGroupId());
RoleInfoDto result = new RoleInfoDto();
BeanUtils.copyProperties(source, result);
resultList.add(result);
}
//查询角色组信息
if (CollectionUtils.isNotEmpty(roleGroupIds)) {
List<RoleGroupInfo> roleGroupInfoList = roleGroupInfoMapper.selectByIds(new ArrayList<>(roleGroupIds));
if (CollectionUtils.isNotEmpty(roleGroupInfoList)) {
//将List转换成Map,其中id主键作为key,对象作为value
Map<Long, RoleGroupInfo> sourceMap = new HashMap<>();
for (RoleGroupInfo roleGroupInfo : roleGroupInfoList) {
sourceMap.put(roleGroupInfo.getId(), roleGroupInfo);
}
//封装角色组名称
for (RoleInfoDto result : resultList) {
if (sourceMap.containsKey(result.getRoleGroupId())) {
result.setRoleGroupName(sourceMap.get(result.getRoleGroupId()).getName());
}
}
}
}
集合转 map(不分组)

在 jdk8 中,采用 stream api的方式,我们只需要一行代码即可实现,jdk8 将集合转换成Map,其中用户ID作为主键key,如果集合对象有重复的key,以第一个匹配到的为主

public Map<Long, User> getMap(List<User> userList){ 
Map<Long, User> userMap = userList.stream().collect(Collectors.toMap(User::getUserId, v -> v, (k1,k2) -> k1));
return userMap;
}

打开Collectors.toMap方法源码,一起来看看到底是啥。

public static <T, K, U> 
Collector<T, ?, Map<K,U>> toMap(Function<? super T, ? extends K> keyMapper,
Function<? super T, ? extends U> valueMapper,
BinaryOperator<U> mergeFunction) {
return toMap(keyMapper, valueMapper, mergeFunction, HashMap::new);
}
参数表可以看出:
  • 第一个参数:表示 key
  • 第二个参数:表示 value
  • 第三个参数:表示某种规则

上文中的Collectors.toMap(User::getUserId, v -> v, (k1,k2) -> k1),表达的意思就是:

  • userId的内容作为key
  • v -> v是表示将元素user作为value。
  • (k1,k2) -> k1表示如果存在相同的key,将第一个匹配的元素作为内容。
集合转map(分组)

实际的操作中,有一些场景需要我们将相同的key,加入到一个集合,而不是覆盖,哪改如何做呢?而在 jdk8 中,采用 stream api的方式,我们只需要一行代码即可实现。

/** 
* jdk8 将集合转换成Map,将相同的key,加入到一个集合中,实现分组
* @param userList
* @return
*/
public Map<Long, List<User>> getMapGroup(List<User> userList){
Map<Long, List<User>> userMap = userList.stream().collect(Collectors.groupingBy(User::getUserId));
return userMap;
}

分页操作

stream api的强大之处还不仅仅是对集合进行各种组合操作,还支持分页操作。

例如,将如下的数组从小到大进行排序,排序完成之后,从第1行开始,查询10条数据出来,操作如下:

//需要查询的数据 
List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5,10, 6, 20, 30, 40, 50, 60, 100);
List<Integer> dataList= numbers.stream().sorted((x, y) -> x.compareTo(y)).skip(0).limit(10).collect(Collectors.toList());
System.out.println(dataList.toString());

其中skip参数表示第几行,limit表示查询的数量,类似页容量!

查找与匹配操作

stream api 还支持对集合进行查找,同时还支持正则匹配模式。

allMatch(检查是否匹配所有元素)

  • 是否全部元素都大于2
List<Integer> list = Arrays.asList(10, 5, 7, 3); 
boolean allMatch = list.stream()
.allMatch(x -> x > 2);
System.out.println(allMatch);
findFirst(返回第一个元素)
  • 获取第一个元素
List<Integer> list = Arrays.asList(10, 5, 7, 3); 
Optional<Integer> first = list.stream()
.findFirst();
Integer val = first.get();
System.out.println(val);//输出10
  • (可以将流中元素反复结合起来,得到一个值)
List<Integer> list = Arrays.asList(10, 5, 7, 3); 
Integer result = list.stream()
.reduce(2, Integer::sum);
System.out.println(result);//输出27,其实相当于2+10+5+7+3,就是一个累加
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