Stream流

说到Stream便容易想到I/O Stream，而实际上，谁规定“流”就一定是“IO流”呢？
在Java 8中，得益于Lambda所带来的函数式编程，引入了一个全新的Stream概念，用于解决已有集合类库既有的弊端。

引言

传统集合的多步遍历代码

几乎所有的集合（如Collection接口或Map接口等）都支持直接或间接的遍历操作。而当我们需要对集合中的元素进行操作的时候，除了必需的添加、删除、获取外，最典型的就是集合遍历。
例如：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
​
public class Demo01ForEach {
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList<>();
list.add(“张无忌”);
list.add(“周芷若”);
list.add(“赵敏”);
list.add(“张强”);
list.add(“张三丰”);
for (String name : list) {
System.out.println(name);
}
}
}
这是一段非常简单的集合遍历操作：对集合中的每一个字符串都进行打印输出操作。

循环遍历的弊端

Java 8的Lambda让我们可以更加专注于做什么（What），而不是怎么做（How），这点此前已经结合内部类进行了对比说明。
现在，我们仔细体会一下上例代码，可以发现：
for循环的语法就是“怎么做”
for循环的循环体才是“做什么”

为什么使用循环？因为要进行遍历。但循环是遍历的唯一方式吗？遍历是指每一个元素逐一进行处理，而并不是从第一个到最后一个顺次处理的循环。前者是目的，后者是方式。

试想一下，如果希望对集合中的元素进行筛选过滤：
将集合A根据条件一过滤为子集B；
然后再根据条件二过滤为子集C。

那怎么办？在Java 8之前的做法可能为：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
​
public class Demo02NormalFilter {
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList<>();
list.add(“张无忌”);
list.add(“周芷若”);
list.add(“赵敏”);
list.add(“张强”);
list.add(“张三丰”);
​
List zhangList = new ArrayList<>();
for (String name : list) {
if (name.startsWith(“张”)) {
zhangList.add(name);
}
}
​
List shortList = new ArrayList<>();
for (String name : zhangList) {
if (name.length() == 3) {
shortList.add(name);
}
}
​
for (String name : shortList) {
System.out.println(name);
}
}
}

这段代码中含有三个循环，每一个作用不同：
首先筛选所有姓张的人；
然后筛选名字有三个字的人；
最后进行对结果进行打印输出。

Stream的更优写法

下面来看一下借助Java 8的Stream API，什么才叫优雅：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
​
public class Demo03StreamFilter {
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList<>();
list.add(“张无忌”);
list.add(“周芷若”);
list.add(“赵敏”);
list.add(“张强”);
list.add(“张三丰”);
​
list.stream()
.filter(s -> s.startsWith(“张”))
.filter(s -> s.length() == 3)
.forEach(System.out::println);
}
}

直接阅读代码的字面意思即可完美展示无关逻辑方式的语义：获取流、过滤姓张、过滤长度为3、逐一打印。代码中并没有体现使用线性循环或是其他任何算法进行遍历，我们真正要做的事情内容被更好地体现在代码中。

流式思想概述

注意：请暂时忘记对传统IO流的固有印象！

当需要对多个元素进行操作（特别是多步操作）的时候，考虑到性能及便利性，我们应该首先拼好一个“模型”步骤方案，然后再按照方案去执行它。

这张图中展示了过滤、映射、跳过、计数等多步操作，这是一种集合元素的处理方案，而方案就是一种“函数模型”。
图中的每一个方框都是一个“流”，调用指定的方法，可以从一个流模型转换为另一个流模型。而最右侧的数字3是最终结果。
这里的filter、map、skip都是在对函数模型进行操作，集合元素并没有真正被处理。只有当终结方法count执行的时候，整个模型才会按照指定策略执行操作。
而这得益于Lambda的延迟执行特性。
备注：“Stream流”其实是一个集合元素的函数模型，它并不是集合，也不是数据结构，其本身并不存储任何元素（或其地址值）。

获取流

java.util.stream.Stream是Java 8新加入的最常用的流接口。（这并不是一个函数式接口。）

获取一个流非常简单，有以下几种常用的方式：
所有的Collection集合都可以通过stream默认方法获取流；
Stream接口的静态方法of可以获取数组对应的流。

根据Collection获取流

首先，java.util.Collection接口中加入了default方法stream用来获取流，所以其所有实现类均可获取流。
import java.util.*;
import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo04GetStream {
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList<>();
// …
Stream stream1 = list.stream();
​
Set set = new HashSet<>();
// …
Stream stream2 = set.stream();
​
Vector vector = new Vector<>();
// …
Stream stream3 = vector.stream();
}
}

根据Map获取流

java.util.Map接口不是Collection的子接口，且其K-V数据结构不符合流元素的单一特征，所以获取对应的流需要分key、value或entry等情况：
获取map所有key –> 获取key的stream流
获取value –> value流
获取entry –> entry流
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo05GetStream {
public static void main(String[] args) {
Map

根据数组获取流

如果使用的不是集合或映射而是数组，由于数组对象不可能添加默认方法，
Stream接口中提供了静态方法of(T…values)
通过Arrays.工具类
static Stream stream(T[] array)
import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo06GetStream {
public static void main(String[] args) {
String[] array = { “张无忌”, “张翠山”, “张三丰”, “张一元” };
Stream stream = Stream.of(array);
}
}
备注：of方法的参数其实是一个可变参数，所以支持数组。

常用方法

流模型的操作很丰富，这里介绍一些常用的API。

这些方法可以被分成两种：
终结方法：返回值类型不再是Stream接口自身类型的方法，因此不再支持类似StringBuilder那样的链式调用。
本小节中，终结方法包括count和forEach方法。
非终结方法：返回值类型仍然是Stream接口自身类型的方法，因此支持链式调用。（除了终结方法外，其余方法均为非终结方法。）
备注：本小节之外的更多方法，请自行参考API文档。

过滤：filter

可以通过filter方法将一个流转换成另一个子集流。
方法签名：
Stream filter(Predicate

复习Predicate接口

此前我们已经学习过java.util.stream.Predicate函数式接口，其中唯一的抽象方法为：
boolean test(T t);
该方法将会产生一个boolean值结果，代表指定的条件是否满足。如果结果为true，那么Stream流的filter方法将会留用元素；如果结果为false，那么filter方法将会舍弃元素。

基本使用

Stream流中的filter方法基本使用的代码如：
import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo07StreamFilter {
public static void main(String[] args) {
Stream original = Stream.of(“张无忌”, “张三丰”, “周芷若”);
Stream result = original.filter(s -> s.startsWith(“张”));
}
}
在这里通过Lambda表达式来指定了筛选的条件：必须姓张。

统计个数：count

正如旧集合Collection当中的size方法一样
流提供count方法来数一数其中的元素个数：
long count();

该方法返回一个long值代表元素个数（不再像旧集合那样是int值）。
基本使用：
import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo09StreamCount {
public static void main(String[] args) {
Stream original = Stream.of(“张无忌”, “张三丰”, “周芷若”);
Stream result = original.filter(s -> s.startsWith(“张”));
System.out.println(result.count()); // 2
}
}

取用前几个：limit

limit方法可以对流进行截取，只取前n个。
方法签名：
Stream limit(long maxSize);

参数是一个long型
如果集合当前长度大于参数则进行截取；否则不进行操作。
基本使用：
import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo10StreamLimit {
public static void main(String[] args) {
Stream original = Stream.of(“张无忌”, “张三丰”, “周芷若”);
Stream result = original.limit(2);
System.out.println(result.count()); // 2
}
}

跳过前几个：skip

如果希望跳过前几个元素，可以使用skip方法获取一个截取之后的新流：
Stream skip(long n);
如果流的当前长度大于n，则跳过前n个；否则将会得到一个长度为0的空流。

基本使用：
import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo11StreamSkip {
public static void main(String[] args) {
Stream original = Stream.of(“张无忌”, “张三丰”, “周芷若”);
Stream result = original.skip(2);
System.out.println(result.count()); // 1
}
}

映射：map

如果需要将流中的元素映射到另一个流中，可以使用map方法。

方法签名：
Stream map(Function

复习Function接口

此前我们已经学习过java.util.stream.Function函数式接口，其中唯一的抽象方法为：
R apply(T t);

这可以将一种T类型转换成为R类型，而这种转换的动作，就称为“映射”。

基本使用

Stream流中的map方法基本使用的代码如：
import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo08StreamMap {
public static void main(String[] args) {
Stream original = Stream.of(“10”, “12”, “18”);
Stream result = original.map(Integer::parseInt);
}
}
这段代码中，map方法的参数通过方法引用，将字符串类型转换成为了int类型（并自动装箱为Integer类对象）。

组合：concat

如果有两个流，希望合并成为一个流，那么可以使用Stream接口的静态方法concat：
static Stream concat(Stream

逐一处理：forEach

虽然方法名字叫forEach，但是与for循环中的“for-each”昵称不同
该方法并不保证元素的逐一消费动作在流中是被有序执行的。
void forEach(Consumer

练习：集合元素处理（传统方式）

题目
现在有两个ArrayList集合存储队伍当中的多个成员姓名，要求使用传统的for循环（或增强for循环）依次进行以下若干操作步骤：
第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
第一个队伍筛选之后只要前3个人；
第二个队伍只要姓张的成员姓名；
第二个队伍筛选之后不要前2个人；
将两个队伍合并为一个队伍；
根据姓名创建Person对象；
打印整个队伍的Person对象信息。
两个队伍（集合）的代码如下：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
​
public class DemoArrayListNames {
public static void main(String[] args) {
List one = new ArrayList<>();
one.add(“迪丽热巴”);
one.add(“宋远桥”);
one.add(“苏星河”);
one.add(“老子”);
one.add(“庄子”);
one.add(“孙子”);
one.add(“洪七公”);
​
List two = new ArrayList<>();
two.add(“古力娜扎”);
two.add(“张无忌”);
two.add(“张三丰”);
two.add(“赵丽颖”);
two.add(“张二狗”);
two.add(“张天爱”);
two.add(“张三”);
// ….
}
}
而Person类的代码为：
public class Person {

private String name;
​
public Person() {}
​
public Person(String name) {
this.name = name;
}
​
@Override
public String toString() {
return “Person{name=’” + name + “’}”;
}
​
public String getName() {
return name;
}
​
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
解答
既然使用传统的for循环写法，那么：
public class DemoArrayListNames {
public static void main(String[] args) {
List one = new ArrayList<>();
// …
​
List two = new ArrayList<>();
// …
​
// 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
List oneA = new ArrayList<>();
for (String name : one) {
if (name.length() == 3) {
oneA.add(name);
}
}
​
// 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
List oneB = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
oneB.add(oneA.get(i));
}
​
// 第二个队伍只要姓张的成员姓名；
List twoA = new ArrayList<>();
for (String name : two) {
if (name.startsWith(“张”)) {
twoA.add(name);
}
}
​
// 第二个队伍筛选之后不要前2个人；
List twoB = new ArrayList<>();
for (int i = 2; i < twoA.size(); i++) {
twoB.add(twoA.get(i));
}
​
// 将两个队伍合并为一个队伍；
List totalNames = new ArrayList<>();
totalNames.addAll(oneB);
totalNames.addAll(twoB);
​
// 根据姓名创建Person对象；
List totalPersonList = new ArrayList<>();
for (String name : totalNames) {
totalPersonList.add(new Person(name));
}
​
// 打印整个队伍的Person对象信息。
for (Person person : totalPersonList) {
System.out.println(person);
}
}
}
运行结果为：
Person{name=’宋远桥’}
Person{name=’苏星河’}
Person{name=’洪七公’}
Person{name=’张二狗’}
Person{name=’张天爱’}
Person{name=’张三’}

练习：集合元素处理（Stream方式）

题目
将上一题当中的传统for循环写法更换为Stream流式处理方式。两个集合的初始内容不变，Person类的定义也不变。
解答
等效的Stream流式处理代码为：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.stream.Stream;
​
public class DemoStreamNames {
public static void main(String[] args) {
List one = new ArrayList<>();
// …
​
List two = new ArrayList<>();
// …
​
// 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
// 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
Stream streamOne = one.stream().filter(s -> s.length() == 3).limit(3);
​
// 第二个队伍只要姓张的成员姓名；
// 第二个队伍筛选之后不要前2个人；
Stream streamTwo = two.stream().filter(s -> s.startsWith(“张”)).skip(2);
​
// 将两个队伍合并为一个队伍；
// 根据姓名创建Person对象；
// 打印整个队伍的Person对象信息。
Stream.concat(streamOne, streamTwo).map(Person::new).forEach(System.out::println);
}
}
运行效果完全一样：
Person{name=’宋远桥’}
Person{name=’苏星河’}
Person{name=’洪七公’}
Person{name=’张二狗’}
Person{name=’张天爱’}
Person{name=’张三’}

总结：函数拼接与终结方法

返回值仍然为Stream接口的为函数拼接方法，它们支持链式调用；
返回值不再为Stream接口的为终结方法，不再支持链式调用。
1.stream流中的非终结方法,返回值是stream类型,并且这个返回不是本身
2.stream对象只能一次使用,不能二次使用
如下表所示：
方法名 方法作用 方法种类 是否支持链式调用
count 统计个数 终结 否
forEach 逐一处理 终结 否
filter 过滤 函数拼接 是
limit 取用前几个 函数拼接 是
skip 跳过前几个 函数拼接 是
map 映射 函数拼接 是
concat 组合 函数拼接 是

并发流

当需要对存在于集合或数组中的若干元素进行并发操作时,需要考虑多线程环境下的原子性、竞争甚至锁问题，即便是java.util.concurrent.ConcurrentMap

转换为并发流

Stream的父接口java.util.stream.BaseStream中定义了一个parallel方法：
S parallel();

只需要在流上调用一下无参数的parallel方法，那么当前流即可变身成为支持并发操作的流，返回值仍然为Stream类型。例如：
import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo13StreamParallel {
public static void main(String[] args) {
Stream stream = Stream.of(10, 20, 30, 40, 50).parallel();
}
}

直接获取并发流

在通过集合获取流时，也可以直接调用parallelStream方法来直接获取支持并发操作的流。
方法定义为：
default Stream parallelStream() {…}

应用代码为：
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo13StreamParallel {
public static void main(String[] args) {
Collection coll = new ArrayList<>();
Stream stream = coll.parallelStream();
}
}

使用并发流

多次执行下面这段代码，结果的顺序在很大概率上是不一定的：
import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo13StreamParallel {
public static void main(String[] args) {
Stream.of(10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100)
.parallel()
.forEach(System.out::println);
}
}

收集Stream结果
对流操作完成之后，如果需要将其结果进行收集，例如获取对应的集合、数组等，如何操作？

收集到集合中

Stream流提供collect方法，其参数需要一个java.util.stream.Collector

收集到数组中

Stream提供toArray方法来将结果放到一个数组中，由于泛型擦除的原因，返回值类型是Object[]的：
Object[] toArray();
其使用场景如：
import java.util.stream.Stream;
​
public class Demo16StreamArray {
public static void main(String[] args) {
Stream stream = Stream.of(“10”, “20”, “30”, “40”, “50”);
Object[] objArray = stream.toArray();
}
}

扩展：解决泛型数组问题

有了Lambda和方法引用之后，可以使用toArray方法的另一种重载形式传递一个IntFunction

练习：将数组元素加到集合中

题目
请通过Stream流的方式，将下面数组当中的元素添加（收集）到List集合当中：
public class DemoCollect {
public static void main(String[] args) {
int[] array = { 10, 20, 30, 40, 50 };
}
}
解答
首先需要将数组转换成为流，然后再通过collect方法收集到List集合中：
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.Stream;
​
public class DemoCollect {
public static void main(String[] args) {
String[] array = { “Java”, “Groovy”, “Scala”, “Kotlin” };
List list = Stream.of(array).collect(Collectors.toList());
}
}