Stream和Lambda表达式最佳实践（一）

1. Streams简介

今天要讲的Stream指的是java.util.stream包中的诸多类。Stream可以方便的将之前的结合类以转换为Stream并以流式方式进行处理，大大的简化了我们的编程，Stream包中，最核心的就是interface Stream

从上面的图中我们可以看到Stream继承自BaseStream。Stream中定义了很多非常实用的方法，比如filter，map，flatmap,forEach,reduce,collect等等。接下来我们将会逐一讲解。

1.1 创建Stream

Stream的创建有很多方式，java引入Stream之后所有的集合类都添加了一个stream()方法，通过这个方法可以直接得到其对应的Stream。也可以通过Stream.of方法来创建：

//Stream Creation
        String[] arr = new String[]{"a", "b", "c"};
        Stream<String> stream = Arrays.stream(arr);
        stream = Stream.of("a", "b", "c");

1.2 Streams多线程

如果我们想使用多线程来处理集合类的数据，Stream提供了非常方便的多线程方法parallelStream()：

//Multi-threading
        List<String> list =new ArrayList();
        list.add("aaa");
        list.add("bbb");
        list.add("abc");
        list.add("ccc");
        list.add("ddd");
        list.parallelStream().forEach(element -> doPrint(element));

1.3 Stream的基本操作

Stream的操作可以分为两类，一类是中间操作，中间操作返回Stream，因此可以级联调用。另一类是终止操作，这类操作会返回Stream定义的类型。

//Operations
        long count = list.stream().distinct().count();

上面的例子中，distinct()返回一个Stream，所以可以级联操作，最后的count()是一个终止操作，返回最后的值。
Matching
Stream提供了anyMatch(), allMatch(), noneMatch()这三种match方式，我们看下怎么使用：

//Matching
   boolean isValid =list.stream()
        .anyMatch(element -> element.contains("h"));
   boolean isValidOne = list.stream()
        .allMatch(element -> element.contains("h"));
   boolean isValidTwo = list.stream()
        .noneMatch(element -> element.contains("h"));  

Filtering
filter() 方法允许我们对Stream中的数据进行过滤，从而得到我们需要的：

Stream<String> filterStream = list.stream()
              .filter(element -> element.contains("d"));

上面的例子中我们从list中选出了包含“d”字母的String。
Mapping
map就是对Stream中的值进行再加工，然后将加工过后的值作为新的Stream返回。

//Mapping
        Stream<String> mappingStream = list.stream()
                   .map(element -> convertElement(element));
    private static String convertElement(String element) {
        return "element"+"abc";
    }

上的例子中我们把list中的每个值都加上了“abc”然后返回一个新的Stream。
FlatMap
flatMap和Map很类似，但是他们两个又有不同，看名字我们可以看到flatMap意思是打平之后再做Map。

怎么理解呢？

假如我们有一个CustBook类：

@Data
public class CustBook {

    List<String> bookName;
}

CustBook定义了一个bookName字段。

先看一下Map返回的结果：

List<CustBook> users = new ArrayList<>();
        users.add(new CustBook());
Stream<Stream<String>> userStreamMap
                = users.stream().map(user -> user.getBookName().stream());

在上面的代码中，map将每一个user都转换成了stream，所以最后的结果是返回Stream的Stream。

如果我们只想返回String，则可以使用FlatMap：

List<CustBook> users = new ArrayList<>();
        users.add(new CustBook());
        Stream<String> userStream
                = users.stream().flatMap(user -> user.getBookName().stream());

简单点讲FlatMap就是将层级关系铺平重来。
Reduction
使用reduce() 方法可以方便的对集合的数据进行运算，reduce()接收两个参数，第一个是开始值，后面是一个函数表示累计。

//Reduction
        List<Integer> integers = Arrays.asList(1, 1, 1);
        Integer reduced = integers.stream()
              .reduce(100, (a, b) -> a + b);

上面的例子我们定义了3个1的list，然后调用reduce(100, (a, b) -> a + b)方法，最后的结果是103.
Collecting
collect()方法可以方便的将Stream再次转换为集合类，方便处理和展示：

List<String> resultList
                = list.stream().map(element -> element.toUpperCase()).collect(Collectors.toList

2. functional interface的分类和使用

java 8引入了lambda表达式，lambda表达式实际上表示的就是一个匿名的function。

在java 8之前，如果需要使用到匿名function需要new一个类的实现，但是有了lambda表达式之后，一切都变的非常简介。

我们看一个之前讲线程池的时候的一个例子：

//ExecutorService using class
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        executorService.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
            log.info("new runnable");
            }
        });

executorService.submit需要接收一个Runnable类，上面的例子中我们new了一个Runnable类，并实现了它的run（）方法。

上面的例子如果用lambda表达式来重写，则如下所示：

//ExecutorService using lambda
        executorService.submit(()->log.info("new runnable"));

看起是不是很简单，使用lambda表达式就可以省略匿名类的构造，并且可读性更强。

那么是不是所有的匿名类都可以用lambda表达式来重构呢？也不是。

我们看下Runnable类有什么特点：

@FunctionalInterface
public interface Runnable 

Runnable类上面有一个@FunctionalInterface注解。这个注解就是我们今天要讲到的Functional Interface。

2.1 Functional Interface

Functional Interface是指带有 @FunctionalInterface 注解的interface。它的特点是其中只有一个子类必须要实现的abstract方法。如果abstract方法前面带有default关键字，则不做计算。

其实这个也很好理解，因为Functional Interface改写成为lambda表达式之后，并没有指定实现的哪个方法，如果有多个方法需要实现的话，就会有问题。

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface FunctionalInterface {}

Functional Interface一般都在java.util.function包中。

根据要实现的方法参数和返回值的不同，Functional Interface可以分为很多种，下面我们分别来介绍。

2.2 Function：一个参数一个返回值

Function接口定义了一个方法，接收一个参数，返回一个参数。

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {

    /**
     * Applies this function to the given argument.
     *
     * @param t the function argument
     * @return the function result
     */
    R apply(T t)；

一般我们在对集合类进行处理的时候，会用到Function。

Map<String, Integer> nameMap = new HashMap<>();
        Integer value = nameMap.computeIfAbsent("name", s -> s.length());

上面的例子中我们调用了map的computeIfAbsent方法，传入一个Function。

上面的例子还可以改写成更短的：

Integer value1 = nameMap.computeIfAbsent("name", String::length);

Function没有指明参数和返回值的类型，如果需要传入特定的参数，则可以使用IntFunction, LongFunction, DoubleFunction：

@FunctionalInterface
public interface IntFunction<R> {

    /**
     * Applies this function to the given argument.
     *
     * @param value the function argument
     * @return the function result
     */
    R apply(int value);
}

如果需要返回特定的参数，则可以使用ToIntFunction, ToLongFunction, ToDoubleFunction：

@FunctionalInterface
public interface ToDoubleFunction<T> {

    /**
     * Applies this function to the given argument.
     *
     * @param value the function argument
     * @return the function result
     */
    double applyAsDouble(T value);
}

如果要同时指定参数和返回值，则可以使用DoubleToIntFunction, DoubleToLongFunction, IntToDoubleFunction, IntToLongFunction, LongToIntFunction, LongToDoubleFunction：

@FunctionalInterface
public interface LongToIntFunction {

    /**
     * Applies this function to the given argument.
     *
     * @param value the function argument
     * @return the function result
     */
    int applyAsInt(long value);
}

2.3 BiFunction：接收两个参数，一个返回值

如果需要接受两个参数，一个返回值的话，可以使用BiFunction：BiFunction, ToDoubleBiFunction, ToIntBiFunction, ToLongBiFunction等。

@FunctionalInterface
public interface BiFunction<T, U, R> {

    /**
     * Applies this function to the given arguments.
     *
     * @param t the first function argument
     * @param u the second function argument
     * @return the function result
     */
    R apply(T t, U u);

我们看一个BiFunction的例子：

//BiFunction
        Map<String, Integer> salaries = new HashMap<>();
        salaries.put("alice", 100);
        salaries.put("jack", 200);
        salaries.put("mark", 300);

        salaries.replaceAll((name, oldValue) ->
                name.equals("alice") ? oldValue : oldValue + 200);

2.4 Supplier：无参的Function

如果什么参数都不需要，则可以使用Supplier：

@FunctionalInterface
public interface Supplier<T> {

    /**
     * Gets a result.
     *
     * @return a result
     */
    T get();
}

2.5 Consumer：接收一个参数，不返回值

Consumer接收一个参数，但是不返回任何值，我们看下Consumer的定义：

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {

    /**
     * Performs this operation on the given argument.
     *
     * @param t the input argument
     */
    void accept(T t);

看一个Consumer的具体应用：

//Consumer
        nameMap.forEach((name, age) -> System.out.println(name + " is " + age + " years old"));

2.6 Predicate：接收一个参数，返回boolean

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
    /**
     * Evaluates this predicate on the given argument.
     *
     * @param t the input argument
     * @return {@code true} if the input argument matches the predicate,
     * otherwise {@code false}
     */
    boolean test(T t);

如果用在集合类的过滤上面那是极好的：

//Predicate
        List<String> names = Arrays.asList("A", "B", "C", "D", "E");
        List<String> namesWithA = names.stream()
                .filter(name -> name.startsWith("A"))
                .collect(Collectors.toList());

2.7 Operator：接收和返回同样的类型

Operator接收和返回同样的类型，有很多种Operator：UnaryOperator BinaryOperator ，DoubleUnaryOperator, IntUnaryOperator, LongUnaryOperator, DoubleBinaryOperator, IntBinaryOperator, LongBinaryOperator等。

@FunctionalInterface
public interface IntUnaryOperator {

    /**
     * Applies this operator to the given operand.
     *
     * @param operand the operand
     * @return the operator result
     */
    int applyAsInt(int operand);

我们看一个BinaryOperator的例子：

 //Operator
        List<Integer> values = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
        int sum = values.stream()
                .reduce(0, (i1, i2) -> i1 + i2);