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Java 8 Stream

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Java 8 新添加了一个新的抽象称为流 Stream，可以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

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

  1. 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
  2. 数据源 流的来源。 可以是集合，数组，I/O channel， 产生器generator 等
  3. 聚合操作类似SQL语句一样的操作， 比如filter, map, reduce, find, match, sorted 等

与 Collection 操作不同， Stream 操作还有两个基础的特征

  1. 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)
  2. 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

Java 8 中, 集合接口有两个方法来生成流

  1. stream() − 为集合创建串行流
  2. 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()

forEach() 方法用于迭代流中的每个数据

下面的代码片段使用 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

下面的代码片段使用 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

下面的代码片段使用 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
int count = strings.stream().filter(string -> string.isEmpty()).count();

limit()

limit() 方法用于获取指定数量的流

下面的代码片段使用 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

下面的代码片段使用 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

下面的代码使用 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
int count = strings.parallelStream().filter(string -> string.isEmpty()).count();

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 = 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());

范例

下面的范例完整的演示了 Java8 Stream 的新特性

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();
   }
}

编译运行以上 Java 代码，输出结果如下

$ 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

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