Java 8 Strem基本操做

本文提供了有关Java 8 Stream的深刻概述。当我第一次读到的Stream API，我感到很困惑，由于它听起来相似Java I/O的InputStream，OutputStream。但Java 8 Stream是彻底不一样的东西。Streams是Monads，所以在为Java提供函数式编程方面发挥了重要做用：

在函数式编程中，monad是表示定义为步骤序列的计算的结构。具备monad结构的类型定义链操做的含义，或将该类型的函数嵌套在一块儿。

本文详解如何使用Java 8 Stream以及如何使用不一样类型的可用流操做。您将了解处理顺序以及流操做的顺序如何影响运行时性能。并对更强大的reduce，collect，flatMap流操做详细介绍。

若是您还不熟悉Java 8 lambda表达式，函数接口和方法引用，那么您可能须要了解Java 8。

Stram如何工做

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Stream表示一系列元素，并支持不一样类型的操做以对这些元素执行计算：

List<String> streams =
    Arrays.asList("a1", "a2", "b1", "c2", "c1");

streams
    .stream()
    .filter(s -> s.startsWith("c"))
    .map(String::toUpperCase)
    .sorted()
    .forEach(System.out::println);
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以上代码的产出：

C1
C2
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Stream操做是中间操做或终端操做。中间操做返回一个流，所以咱们能够连接多个中间操做而不使用分号。终端操做无效或返回非流结果。在上述例子中filter，map和sorted是中间操做，而forEach是一个终端的操做。有关全部可用流操做的完整列表，请参阅Stream Javadoc。如上例中所见的这种流操做链也称为操做管道。

大多数流操做都接受某种lambda表达式参数，这是一个指定操做的确切行为的功能接口。大多数这些操做必须是不受干扰和无状态。

当函数不修改流的基础数据源时，该函数是不受干扰的，例如在上面的示例中，没有lambda表达式经过从集合中添加或删除元素来修改streams。

当操做的执行是肯定性的时，函数是无状态的，例如在上面的示例中，没有lambda表达式依赖于任何可变变量或来自外部做用域的状态，其可能在执行期间改变。

不一样种类的Stream

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能够从各类数据源建立流，尤为是集合。Lists和Sets支持新的方法stream()和parallelStream()来建立顺序流或并行流。并行流可以在多个线程上操做，后面的部分将对此进行介绍。咱们如今关注的是顺序流:

Arrays.asList("a1", "a2", "a3")
    .stream()
    .findFirst()
    .ifPresent(System.out::println);
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以上代码的产出：

a1
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在对象列表上调用stream()方法将返回常规对象流。可是咱们没必要建立集合以便使用流，就像咱们在下一个代码示例中看到的那样：

Stream.of("a1", "a2", "a3")
    .findFirst()
    .ifPresent(System.out::println);
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以上代码的产出：

a1
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只是用来Stream.of()从一堆对象引用建立一个流。

除了常规对象流以外，Java 8还附带了特殊类型的流，用于处理原始数据类型int，long以及double。你可能已经猜到了IntStream，LongStream,DoubleStream。

IntStreams可使用IntStream.range()方法替换常规for循环：

IntStream.range(1, 4)
    .forEach(System.out::println);
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以上代码的产出：

1
2
3
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全部这些原始流都像常规对象流同样工做，但有如下不一样之处：原始流使用专门的lambda表达式，例如IntFunction代替Function或IntPredicate代替Predicate。原始流支持额外的终端聚合操做，sum(),average()：

Arrays.stream(new int[] {1, 2, 3})
    .map(n -> 2 * n + 1)
    .average()
    .ifPresent(System.out::println);
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以上代码的产出：

5.0
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有时将常规对象流转换为基本流是有用的，反之亦然。为此，对象流支持特殊的映射操做mapToInt()，mapToLong()，mapToDouble：

Stream.of("a1", "a2", "a3")
    .map(s -> s.substring(1))
    .mapToInt(Integer::parseInt)
    .max()
    .ifPresent(System.out::println);
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以上代码的产出：

3
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能够经过mapToObj()方式将原始流转换为对象流：

IntStream.range(1, 4)
    .mapToObj(i -> "a" + i)
    .forEach(System.out::println);
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以上代码的产出：

a1
a2
a3
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下面是一个组合示例：双精度流首先映射到int流，而后映射到字符串的对象流：

Stream.of(1.0, 2.0, 3.0)
    .mapToInt(Double::intValue)
    .mapToObj(i -> "a" + i)
    .forEach(System.out::println);
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以上代码的产出：

a1
a2
a3
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处理过程

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如今咱们已经学会了如何建立和使用不一样类型的流，让咱们深刻了解如何在流程下处理流操做。

中间操做的一个重要特征是懒惰。查看缺乏终端操做的示例：

Stream.of("d2", "a2", "b1", "b3", "c")
    .filter(s -> {
        System.out.println("filter: " + s);
        return true;
    });
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执行此代码段时，不会向控制台打印任何内容。这是由于只有在存在终端操做时才执行中间操做。

让咱们经过forEach终端操做扩展上面的例子：

Stream.of("d2", "a2", "b1", "b3", "c")
    .filter(s -> {
        System.out.println("filter: " + s);
        return true;
    })
    .forEach(s -> System.out.println("forEach: " + s));
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执行此代码段会在控制台上产生所需的输出：

filter:  d2
forEach: d2
filter:  a2
forEach: a2
filter:  b1
forEach: b1
filter:  b3
forEach: b3
filter:  c
forEach: c
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结果的顺序可能会使人惊讶。默认认为是在流的全部元素上一个接一个地水平执行操做。但相反，每一个元素都沿着链垂直移动。第一个字符串“d2”经过filter，而后forEach，而后处理第二个字符串“a2”。

此行为能够减小对每一个元素执行的实际操做数，以下一个示例所示：

Stream.of("d2", "a2", "b1", "b3", "c")
    .map(s -> {
        System.out.println("map: " + s);
        return s.toUpperCase();
    })
    .anyMatch(s -> {
        System.out.println("anyMatch: " + s);
        return s.startsWith("A");
    });
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代码产出

map:      d2
anyMatch: D2
map:      a2
anyMatch: A2
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一旦谓词应用于给定的输入元素，anyMatch操做将返回true。这对于传递给“A2”的第二个元素是正确的。因为流链的垂直执行，map在这种状况下映射只需执行两次。所以，不是映射流的全部元素，而是map尽量少地调用。

复杂的处理过程

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下一个示例包括两个map,filter中间操做和forEach终端操做。让咱们再次检查这些操做是如何执行的：

Stream.of("d2", "a2", "b1", "b3", "c")
    .map(s -> {
        System.out.println("map: " + s);
        return s.toUpperCase();
    })
    .filter(s -> {
        System.out.println("filter: " + s);
        return s.startsWith("A");
    })
    .forEach(s -> System.out.println("forEach: " + s));
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代码产出：

map:     d2
filter:  D2
map:     a2
filter:  A2
forEach: A2
map:     b1
filter:  B1
map:     b3
filter:  B3
map:     c
filter:  C
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正如您可能已经猜到的，对于底层集合中的每一个字符串，map和filter都被调用5次，而forEach只被调用一次。

若是咱们改变操做的顺序，移动filter到链的开头，咱们能够大大减小实际的执行次数：

Stream.of("d2", "a2", "b1", "b3", "c")
    .filter(s -> {
        System.out.println("filter: " + s);
        return s.startsWith("a");
    })
    .map(s -> {
        System.out.println("map: " + s);
        return s.toUpperCase();
    })
    .forEach(s -> System.out.println("forEach: " + s));
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代码产出：

filter:  d2
filter:  a2
map:     a2
forEach: A2
filter:  b1
filter:  b3
filter:  c
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如今，map只调用一次，所以操做管道对大量输入元素的执行速度要快得多。在编写复杂的方法链时要记住这一点。

让咱们经过一个sorted额外的操做来扩展上面的例子:

Stream.of("d2", "a2", "b1", "b3", "c")
    .sorted((s1, s2) -> {
        System.out.printf("sort: %s; %s\n", s1, s2);
        return s1.compareTo(s2);
    })
    .filter(s -> {
        System.out.println("filter: " + s);
        return s.startsWith("a");
    })
    .map(s -> {
        System.out.println("map: " + s);
        return s.toUpperCase();
    })
    .forEach(s -> System.out.println("forEach: " + s));
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排序是一种特殊的中间操做。这是一个所谓的有状态操做，由于为了对在排序期间必须维护状态的元素集合进行排序。

执行此示例将致使如下控制台输出：

sort:    a2; d2
sort:    b1; a2
sort:    b1; d2
sort:    b1; a2
sort:    b3; b1
sort:    b3; d2
sort:    c; b3
sort:    c; d2
filter:  a2
map:     a2
forEach: A2
filter:  b1
filter:  b3
filter:  c
filter:  d2
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首先，对整个输入集合执行排序操做。换句话说，sorted是水平执行的。所以，在这种状况下sorted，对输入集合中的每一个元素的多个组合调用八次。

咱们能够经过从新排序链来优化性能：

Stream.of("d2", "a2", "b1", "b3", "c")
    .filter(s -> {
        System.out.println("filter: " + s);
        return s.startsWith("a");
    })
    .sorted((s1, s2) -> {
        System.out.printf("sort: %s; %s\n", s1, s2);
        return s1.compareTo(s2);
    })
    .map(s -> {
        System.out.println("map: " + s);
        return s.toUpperCase();
    })
    .forEach(s -> System.out.println("forEach: " + s));
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代码产出

filter:  d2
filter:  a2
filter:  b1
filter:  b3
filter:  c
map:     a2
forEach: A2
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在此示例sorted从未被调用过，由于filter将输入集合减小到只有一个元素。所以，对于较大的输入集合，性能会大大提升。

重用Stream

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Java 8 Stream没法重用。只要您调用任何终端操做，流就会关闭：

Stream<String> stream =
    Stream.of("d2", "a2", "b1", "b3", "c")
        .filter(s -> s.startsWith("a"));

stream.anyMatch(s -> true);    // ok
stream.noneMatch(s -> true);   // exception
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在同一流上的anyMatch以后调用noneMatch会致使如下异常:

java.lang.IllegalStateException: stream has already been operated upon or closed
    at java.util.stream.AbstractPipeline.evaluate(AbstractPipeline.java:229)
    at java.util.stream.ReferencePipeline.noneMatch(ReferencePipeline.java:459)
    at com.winterbe.java8.Streams5.test7(Streams5.java:38)
    at com.winterbe.java8.Streams5.main(Streams5.java:28)
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为了克服这个限制，咱们必须为咱们想要执行的每一个终端操做建立一个新的流链，例如咱们能够建立一个流供应商来构建一个新的流，其中已经设置了全部中间操做：

Supplier<Stream<String>> streamSupplier =
    () -> Stream.of("d2", "a2", "b1", "b3", "c")
            .filter(s -> s.startsWith("a"));

streamSupplier.get().anyMatch(s -> true);   // ok
streamSupplier.get().noneMatch(s -> true);  // ok
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每次调用get()构造一个咱们保存的新流，以调用所需的终端操做。