Stream语法详解
2017-07-04 17:34
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1. Stream初体验
我们先来看看Java里面是怎么定义Stream的:A sequence of elements supporting sequential and parallel aggregate operations.
我们来解读一下上面的那句话:
Stream是元素的集合,这点让Stream看起来用些类似Iterator;
可以支持顺序和并行的对原Stream进行汇聚的操作;
大家可以把Stream当成一个高级版本的Iterator。原始版本的Iterator,用户只能一个一个的遍历元素并对其执行某些操作;高级版本的Stream,用户只要给出需要对其包含的元素执行什么操作,比如“过滤掉长度大于10的字符串”、“获取每个字符串的首字母”等,具体这些操作如何应用到每个元素上,就给Stream就好了!(这个秘籍,一般人我不告诉他:))大家看完这些可能对Stream还没有一个直观的认识,莫急,咱们来段代码。
1 | //Lists是Guava中的一个工具类 |
2 | List<Integer> nums = Lists.newArrayList( 1 , null , 3 , 4 , null , 6 ); |
3 | nums.stream().filter(num -> num != null ).count(); |
1.1 剖析Stream通用语法
图片就是对于Stream例子的一个解析,可以很清楚的看见:原本一条语句被三种颜色的框分割成了三个部分。红色框中的语句是一个Stream的生命开始的地方,负责创建一个Stream实例;绿色框中的语句是赋予Stream灵魂的地方,把一个Stream转换成另外一个Stream,红框的语句生成的是一个包含所有nums变量的Stream,进过绿框的filter方法以后,重新生成了一个过滤掉原nums列表所有null以后的Stream;蓝色框中的语句是丰收的地方,把Stream的里面包含的内容按照某种算法来汇聚成一个值,例子中是获取Stream中包含的元素个数。如果这样解析以后,还不理解,那就只能动用“核武器”–图形化,一图抵千言!
在此我们总结一下使用Stream的基本步骤:
创建Stream;
转换Stream,每次转换原有Stream对象不改变,返回一个新的Stream对象(**可以有多次转换**);
对Stream进行聚合(Reduce)操作,获取想要的结果;
2. 创建Stream
最常用的创建Stream有两种途径:通过Stream接口的静态工厂方法(注意:Java8里接口可以带静态方法);
通过Collection接口的默认方法(默认方法:Default method,也是Java8中的一个新特性,就是接口中的一个带有实现的方法,后续文章会有介绍)–stream(),把一个Collection对象转换成Stream
2.1 使用Stream静态方法来创建Stream
1. of方法:有两个overload方法,一个接受变长参数,一个接口单一值1 | Stream<Integer> integerStream = Stream.of( 1 , 2 , 3 , 5 ); |
2 | Stream<String> stringStream = Stream.of( "taobao" ); |
1 | Stream.generate( new Supplier<Double>() { |
2 | @Override |
3 | public Double get() { |
4 | return Math.random(); |
5 | } |
6 | }); |
7 | Stream.generate(() -> Math.random()); |
8 | Stream.generate(Math::random); |
3. iterate方法:也是生成无限长度的Stream,和generator不同的是,其元素的生成是重复对给定的种子值(seed)调用用户指定函数来生成的。其中包含的元素可以认为是:seed,f(seed),f(f(seed))无限循环
1 | Stream.iterate( 1 , item -> item + 1 ).limit( 10 ).forEach(System.out::println); |
2.2 通过Collection子类获取Stream
这个在本文的第一个例子中就展示了从List对象获取其对应的Stream对象,如果查看Java doc就可以发现Collection接口有一个stream方法,所以其所有子类都都可以获取对应的Stream对象。1 | public interface Collection<E> extends Iterable<E> { |
2 | //其他方法省略 |
3 | default Stream<E> stream() { |
4 | return StreamSupport.stream(spliterator(), false ); |
5 | } |
6 | } |
3. 转换Stream
转换Stream其实就是把一个Stream通过某些行为转换成一个新的Stream。Stream接口中定义了几个常用的转换方法,下面我们挑选几个常用的转换方法来解释。1. distinct: 对于Stream中包含的元素进行去重操作(去重逻辑依赖元素的equals方法),新生成的Stream中没有重复的元素;
distinct方法示意图(**以下所有的示意图都要感谢[RxJava](https://github.com/Netflix/RxJava)项目的doc中的图片给予的灵感,如果示意图表达的有错误和不准确的地方,请直接联系我。**):
2. filter: 对于Stream中包含的元素使用给定的过滤函数进行过滤操作,新生成的Stream只包含符合条件的元素;
filter方法示意图:
3. map: 对于Stream中包含的元素使用给定的转换函数进行转换操作,新生成的Stream只包含转换生成的元素。这个方法有三个对于原始类型的变种方法,分别是:mapToInt,mapToLong和mapToDouble。这三个方法也比较好理解,比如mapToInt就是把原始Stream转换成一个新的Stream,这个新生成的Stream中的元素都是int类型。之所以会有这样三个变种方法,可以免除自动装箱/拆箱的额外消耗;
map方法示意图:
4. flatMap:和map类似,不同的是其每个元素转换得到的是Stream对象,会把子Stream中的元素压缩到父集合中;
flatMap方法示意图:
5. peek: 生成一个包含原Stream的所有元素的新Stream,同时会提供一个消费函数(Consumer实例),新Stream每个元素被消费的时候都会执行给定的消费函数;
peek方法示意图:
6. limit: 对一个Stream进行截断操作,获取其前N个元素,如果原Stream中包含的元素个数小于N,那就获取其所有的元素;
limit方法示意图:
7. skip: 返回一个丢弃原Stream的前N个元素后剩下元素组成的新Stream,如果原Stream中包含的元素个数小于N,那么返回空Stream;
skip方法示意图:
8. 在一起,在一起!
1 | List<Integer> nums = Lists.newArrayList( 1 , 1 , null , 2 , 3 , 4 , null , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 ); |
2 | System.out.println(“sum is:”+nums.stream().filter(num -> num != null ). |
3 | distinct().mapToInt(num -> num * 2 ). |
4 | peek(System.out::println).skip( 2 ).limit( 4 ).sum()); |
9. 性能问题
有些细心的同学可能会有这样的疑问:在对于一个Stream进行多次转换操作,每次都对Stream的每个元素进行转换,而且是执行多次,这样时间复杂度就是一个for循环里把所有操作都做掉的N(转换的次数)倍啊。其实不是这样的,转换操作都是lazy的,多个转换操作只会在汇聚操作(见下节)的时候融合起来,一次循环完成。我们可以这样简单的理解,Stream里有个操作函数的集合,每次转换操作就是把转换函数放入这个集合中,在汇聚操作的时候循环Stream对应的集合,然后对每个元素执行所有的函数。
4. 汇聚(Reduce)Stream
汇聚这个词,是我自己翻译的,如果大家有更好的翻译,可以在下面留言。在官方文档中是reduce,也叫fold。在介绍汇聚操作之前,我们先看一下Java doc中对于其定义:
A reduction operation (also called a fold) takes a sequence of input elements and combines them into a single summary result by repeated application of a combining operation,such as finding the sum or maximum of a set of numbers,or accumulating elements into
a list. The streams classes have multiple forms of general reduction operations,called reduce() and collect(),as well as multiple specialized reduction forms such as sum(),max(),or count().
简单翻译一下:汇聚操作(也称为折叠)接受一个元素序列为输入,反复使用某个合并操作,把序列中的元素合并成一个汇总的结果。比如查找一个数字列表的总和或者最大值,或者把这些数字累积成一个List对象。Stream接口有一些通用的汇聚操作,比如reduce()和collect();也有一些特定用途的汇聚操作,比如sum(),max()和count()。注意:sum方法不是所有的Stream对象都有的,只有IntStream、LongStream和DoubleStream是实例才有。
下面会分两部分来介绍汇聚操作:
可变汇聚:把输入的元素们累积到一个可变的容器中,比如Collection或者StringBuilder;
其他汇聚:除去可变汇聚剩下的,一般都不是通过反复修改某个可变对象,而是通过把前一次的汇聚结果当成下一次的入参,反复如此。比如reduce,count,allMatch;
4.1 可变汇聚
可变汇聚对应的只有一个方法:collect,正如其名字显示的,它可以把Stream中的要有元素收集到一个结果容器中(比如Collection)。先看一下最通用的collect方法的定义(还有其他override方法):1 | <R> R collect(Supplier<R> supplier, |
2 | BiConsumer<R, ? super T> accumulator, |
3 | BiConsumer<R, R> combiner); |
1 | List<Integer> nums = Lists.newArrayList( 1 , 1 , null , 2 , 3 , 4 , null , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 ); |
2 | List<Integer> numsWithoutNull = nums.stream().filter(num -> num != null ). |
3 | collect(() -> new ArrayList<Integer>(), |
4 | (list, item) -> list.add(item), |
5 | (list1, list2) -> list1.addAll(list2)); |
第一个函数生成一个新的ArrayList实例;
第二个函数接受两个参数,第一个是前面生成的ArrayList对象,二个是stream中包含的元素,函数体就是把stream中的元素加入ArrayList对象中。第二个函数被反复调用直到原stream的元素被消费完毕;
第三个函数也是接受两个参数,这两个都是ArrayList类型的,函数体就是把第二个ArrayList全部加入到第一个中;
但是上面的collect方法调用也有点太复杂了,没关系!我们来看一下collect方法另外一个override的版本,其依赖[Collector](http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/stream/Collector.html)。
1 | <R, A> R collect(Collector<? super T, |
1 | List<Integer> numsWithoutNull = nums.stream().filter(num -> num != null ). |
2 | collect(Collectors.toList()); |
4.2 其他汇聚
– reduce方法:reduce方法非常的通用,后面介绍的count,sum等都可以使用其实现。reduce方法有三个override的方法,本文介绍两个最常用的,最后一个留给读者自己学习。先来看reduce方法的第一种形式,其方法定义如下:1 | Optional<T> reduce(BinaryOperator<T> accumulator); |
1 | List<Integer> ints = Lists.newArrayList( 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 ); |
2 | System.out.println( "ints sum is:" + ints.stream().reduce((sum,item) -> sum + item).get()); |
这个过程可视化的结果如图:
reduce方法还有一个很常用的变种:
1 | T |
1 | List<Integer> ints = Lists.newArrayList( 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 ); |
2 | System.out.println( "ints sum is:" + ints.stream().reduce( 0 , |
1 | List<Integer> ints = Lists.newArrayList( 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 ); |
2 | System.out.println( "ints sum is:" + ints.stream().count()); |
– allMatch:是不是Stream中的所有元素都满足给定的匹配条件
– anyMatch:Stream中是否存在任何一个元素满足匹配条件
– findFirst: 返回Stream中的第一个元素,如果Stream为空,返回空Optional
– noneMatch:是不是Stream中的所有元素都不满足给定的匹配条件
– max和min:使用给定的比较器(Operator),返回Stream中的最大|最小值
下面给出allMatch和max的例子,剩下的方法读者当成练习。
1 | List<Integer> ints = Lists.newArrayList( 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 ); |
2 | System.out.println(ints.stream().allMatch(item -> item < 100 )); |
3 | ints.stream().max((o1, o2) -> o1.compareTo(o2)).ifPresent(System.out::println); |
5. 下期预告
Functional Interface6. 引用文档
1. 《Java SE 8 for the Really Impatient》2. Java 8 API doc
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