Stream API

Stream是Java8中處理集合的關(guān)鍵抽象概念，它可以指定你希望對(duì)集合進(jìn)行的操作宾茂，但是將執(zhí)行操作的時(shí)間交給具體實(shí)現(xiàn)來(lái)決定瓷马。例如，如果你希望計(jì)算某個(gè)方法的平均值跨晴，你可以在每個(gè)元素上指定調(diào)用的方法欧聘，從而獲得所有值的 平均值。你可以使用Stream API來(lái)并行執(zhí)行操作端盆，使用過(guò)多線程來(lái)計(jì)算每一段的總和與數(shù)量怀骤，再將結(jié)果匯總起來(lái)。

一個(gè)Stream表面上看與一個(gè)集合很類似焕妙，允許你改變和獲取數(shù)據(jù)晒喷。但是實(shí)際上它與集合是有很大區(qū)別的：

1. Stream自己不會(huì)存儲(chǔ)元素。元素可能被存儲(chǔ)在底層的集合中访敌，或者根據(jù)需要產(chǎn)生出來(lái)凉敲。
2. Stream操作符不會(huì)改變?cè)磳?duì)象。相反寺旺，它們會(huì)返回一個(gè)持有結(jié)果的新Stream爷抓。
3. Stream操作符可能是延遲執(zhí)行的。這意味者它們會(huì)等到需要結(jié)果的時(shí)候才執(zhí)行阻塑。例如你只想要前5個(gè)長(zhǎng)單詞蓝撇，而不需要統(tǒng)計(jì)所有長(zhǎng)字符，那么filter方法將會(huì)在5次匹配后停止過(guò)濾陈莽。因此渤昌，甚至可以有無(wú)限的Stream。

List<String> words = ...;
//Java8在Collection接口中新添加的stream方法走搁，可以將任何集合轉(zhuǎn)化為一個(gè)Stream
long count = words.stream().filter(w -> w.length() > 12).count();

//將stream方法改成parallel Stream方法独柑，就可以讓StreamAPI并行執(zhí)行過(guò)濾和統(tǒng)計(jì)操作。
long count = words.vStream().filter(w -> w.length() > 12).count();

Stream遵循“做什么私植，而不是怎么去做”的原則忌栅。上面的代碼中，描述了需要做什么：獲的長(zhǎng)單詞并對(duì)它們的個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)曲稼。我們沒(méi)有制定按照什么順序索绪，或者在哪個(gè)線程中做湖员，它們都是理所應(yīng)當(dāng)發(fā)生的。相反瑞驱，循環(huán)在一開(kāi)始就需要指定如何進(jìn)行運(yùn)算娘摔，因此就是去了優(yōu)化的機(jī)會(huì)。
當(dāng)你使用Stream時(shí)唤反，你會(huì)通過(guò)三個(gè)階段來(lái)建立一個(gè)操作流水線凳寺。

1. 創(chuàng)建一個(gè)Stream
2. 在一個(gè)或多個(gè)步驟中，指定將初始Stream轉(zhuǎn)換為另一個(gè)Stream的中間操作拴袭。
3. 使用一個(gè)終止操作來(lái)產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果。該操作會(huì)強(qiáng)制它之前的延遲操作立即執(zhí)行曙博。在這之后拥刻，該Stream就不會(huì)再被使用了。

在上面的代碼中父泳，通過(guò)stream或parallelStream方法來(lái)創(chuàng)建Stream般哼，在通過(guò)filter方法對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而count方法就是終止操作惠窄。

創(chuàng)建Stream

1. Java8在Collection接口中新添加的stream方法蒸眠，可以將任何集合轉(zhuǎn)化為一個(gè)Stream
2. 如果是一個(gè)數(shù)組，可以用靜態(tài)的Stream.of方法將它轉(zhuǎn)化為一個(gè)Stream;如果需要將數(shù)組的一部分轉(zhuǎn)化為Stream杆融，可以使用Arrays.stream()

Stream<String> words = Stream.of(String[] array);
Stream<String> words = Stream.of(String ...args);
Stream<String> words = Arrays.stream(array, from, to);

3. 要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)不含任何元素的Stream楞卡，可以使用靜態(tài)的Stream.empty()
4. 創(chuàng)建無(wú)限Stream的靜態(tài)方法。

• generate方法接受一個(gè)無(wú)參的函數(shù)(從技術(shù)上說(shuō)脾歇，是一個(gè)Supplier <T>接口的對(duì)象)蒋腮。當(dāng)需要一個(gè)Stream值時(shí)，就可以調(diào)用該方法來(lái)產(chǎn)生一個(gè)值藕各。

Stream<String> echos = Stream.generate( () -> "Echo");//創(chuàng)建一個(gè)含有常量值的Stream
Stream<Double> randoms = Stream.generate( Math::random );

• iteratre方法接受一個(gè)"種子(seed)"值和一個(gè)函數(shù)(從技術(shù)上講池摧，是一個(gè)UnaryOperator<T>接口的對(duì)象)作為參數(shù)，并且會(huì)對(duì)之前的值重復(fù)應(yīng)用該函數(shù)激况。例如：

Stream<BigInterger> integers = Stream.iterate(BigInteger.ZERO, n -> n.add(BigInter.ONE));

在Java8中作彤，添加了許多能夠產(chǎn)生Stream的方法。例如乌逐，Pattern類添加了一個(gè)splitAsStream的方法竭讳，能夠按照正則表達(dá)式對(duì)CharSequence(接口，String浙踢、StringBuilder和StringBuffer都實(shí)現(xiàn)該接口)對(duì)象進(jìn)行分隔代咸。

Stream<String> words = Pattern.compile(",").splitAsStream("abc,def");

Stream的轉(zhuǎn)換

Stream轉(zhuǎn)換是指從一個(gè)流中讀取數(shù)據(jù)，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)寫(xiě)入另一流中成黄。

1. filter呐芥、map逻杖、flatMap方法

• filter()
  filter方法的參數(shù)是一個(gè)Predicate<T>對(duì)象——即一個(gè)從T到Boolean的函數(shù)。

List<String> wordList = ...;
Stream<String> words = wordList.stream();
Stream<String> longWOrds = words.filter(w -> w.length() > 12);

• map()
  我們經(jīng)常需要對(duì)一個(gè)流中的值進(jìn)行某種形式的轉(zhuǎn)換思瘟。這時(shí)可以考慮使用map方法荸百，并傳遞給它一個(gè)執(zhí)行轉(zhuǎn)換的函數(shù)。例如

//使用了帶有一個(gè)方法引用的map方法
Stream<String> lovercaseWords = words.map(String::toLowerCase);
//通常會(huì)使用一個(gè)lambda表達(dá)式來(lái)代替方法表達(dá)式
Stream<Character> firstChars = words.map(s -> charAt(0)); //該方法產(chǎn)生的流會(huì)包含每個(gè)單詞的第一個(gè)字符

• flatMap()
  假設(shè)現(xiàn)在有一個(gè)函數(shù)滨攻，如下：

public static Stream<Character> characterStream(String s) {
    List<Character> result = new ArrayList<>();
    for (char c : s.toCharArray()) result.add(c);
    return result.stream();
}

調(diào)用該方法够话，如characterStream("boat")會(huì)返回流['b', 'o', 'a', 't']。假設(shè)將該方法映射到一個(gè)字符串流上：

Stream<Stream<Character>> result = words.mapo(w -> characterStream(w));

將會(huì)得到一個(gè)包含多個(gè)流的流光绕，如：[..., ['b', 'o', 'a', 't'], ...]女嘲。如果要將其展開(kāi)為一個(gè)只包含字符串的流[..., 'b', 'o', 'a', 't', ...]，則需要使用flatMap方法诞帐，而不是map方法：

Stream<Character> letters = words.flatMap(w -> characterStream(w));

2. 提取子流和組合流

• limit()
  Stream.limit(n)會(huì)返回一個(gè)包含n個(gè)元素的新流(如果原始長(zhǎng)度小于m欣尼，則返回原始的流)。這個(gè)方法特別適用于裁剪指定長(zhǎng)度的流停蕉。例如產(chǎn)生一個(gè)包含100個(gè)隨機(jī)數(shù)字的流：

Stream<Double> randoms = Stream.generate(Math::random).limit(100);

• skip()
  Stream.skip(n)正好相反愕鼓，它會(huì)丟掉前面的n個(gè)元素。

Stream<String> words = Stream.of("abc", "cdf","ghi").skip(1); //會(huì)丟棄掉"abc"

• concat()
  Stream.concat(Stream, Stream)將兩個(gè)流連接到一起慧起。注意菇晃，第一個(gè)流的長(zhǎng)度不應(yīng)該是無(wú)限的蚓挤，否則第二個(gè)流舊永遠(yuǎn)沒(méi)有機(jī)會(huì)被添加到第一個(gè)流后面磺送。

Stream<Character> combined = Stream.concat(Stream.of('H', 'e', 'l', 'l', 'o'), Stream.of('W', 'o', 'r', 'l', 'd'));
//產(chǎn)生一個(gè)新流['H', 'e', 'l', 'l', 'o'灿意，'W', 'o', 'r', 'l', 'd']

3. 有狀態(tài)的轉(zhuǎn)換
   之前介紹的流轉(zhuǎn)換都是無(wú)狀態(tài)的册着，即當(dāng)從一個(gè)已過(guò)濾或已映射的流中獲取某個(gè)元素時(shí)甲捏，結(jié)果并不依賴之前的元素。除此之外鞭执，Java8也提供了有狀態(tài)的轉(zhuǎn)換司顿。

• distinct()
  distinct方法會(huì)根據(jù)原始流中的元素返回一個(gè)具有相同順序、抑制了重復(fù)元素的新流兄纺。顯然大溜，該流必須記住之前已讀取的元素。

Stream<String> uniqueWords = Stream.of("merrily", "merrily", "gently").distinct();
// 只獲取一個(gè)"merrily"

• sorted()
  sorted方法必須遍歷整個(gè)流估脆，并在產(chǎn)生任何元素之前對(duì)它進(jìn)行排序钦奋。顯然，無(wú)法對(duì)一個(gè)無(wú)限流進(jìn)行排序。

Stream<String> longestFirst = words.sorted(Comparator.comparing(String::length).reversed());

Stream終止操作

前面已經(jīng)了解任何創(chuàng)###Stream終止操作建流和轉(zhuǎn)換流付材，接下來(lái)將介紹： 如何從數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)中找到“答案”朦拖。

1. 聚合方法
   在本節(jié)中介紹的方法統(tǒng)稱聚合方法。它們將流聚合為一個(gè)值厌衔，以便在程序中使用璧帝。聚合方法都是終止操作。當(dāng)一個(gè)流應(yīng)用了終止操作后富寿，它就不能再應(yīng)用其它操作了睬隶。

• count()
  返回流中元素總數(shù)。

long count = Stream.of("abc", "bcd", "cde").count(); //count的結(jié)果為 3页徐。

• max(), min()
  max方法返回流中最大值苏潜。min方法返回流中最小值。
  需要注意的是变勇，它們返回的是一個(gè)Optional<T>值恤左，它可能會(huì)封裝返回值，也可能表示沒(méi)有返回(當(dāng)流為空時(shí))贰锁。以前在這種情況通常會(huì)返回null赃梧，程序拿到該返回值后滤蝠，進(jìn)行下一步操作豌熄，可能會(huì)導(dǎo)致拋出空指針異常。在Java8中物咳，Optional類型時(shí)一種更好的表示缺少返回值的方式锣险。
  下面是一個(gè)如何獲得最大值的示例：

Optional<String> largest = Stream.of("abc", "bcd", "cde").max(String::compareToIgnoreCase);
if (largest.isPresent())
    System.out.println("largest: " + largest.get());

• findFirst(), findAny()
  findFirst方法會(huì)返回非空集合中的第一個(gè)值(通常與filter方法結(jié)合使用)；如果想找到所有匹配的元素中的任意一個(gè)览闰，那么可以使用findAny方法芯肤，這個(gè)方法在對(duì)流進(jìn)行并行執(zhí)行時(shí)十分有效，因?yàn)橹灰谌魏纹沃邪l(fā)現(xiàn)第一個(gè)匹配元素压鉴，都會(huì)結(jié)束整個(gè)計(jì)算崖咨。

Optional<String> startsWithQ = Stream.of("abc",  Qabc1", "bcd", "Qabc2").parallel().filter(s -> s.startWith("Q")).findAny();

• allMatch(), anyMatch()
  allMatch方法和anyMatch方法，它們分別在所有元素和沒(méi)有元素匹配predicate時(shí)返回true油吭。雖然這些方法總是會(huì)檢查整個(gè)流击蹲，但是仍可以通過(guò)并行執(zhí)行來(lái)提高速度。

2. Optional類型
   Optional<T>對(duì)象或者是對(duì)一個(gè)對(duì)象的封裝婉宰，或者表示不是任何對(duì)象歌豺。它一般比指向T類型的引用更安全，因?yàn)樗粫?huì)反回null心包。
   如果存在被封裝的對(duì)象类咧，那么get方法會(huì)返回該對(duì)象，否則會(huì)返回一個(gè)NoSuchElementException。因此痕惋，

Optional<T> optionalValue = ...;
optionalValue.get().someMethod();

并不比下面的方式更安全：

T value = ...;
value.someMethod();

isPresent方法會(huì)反映出一個(gè)Optional<T>對(duì)象是否有值区宇。同樣的：

if (optionalValue.isPresent()) optionalValue.get().someMethod();

并不比下面的方式更簡(jiǎn)單：

if (value != null) value.someMethod();

下面開(kāi)始了解如何真正使用Optional值。

使用Optional

高效使用Optional的關(guān)鍵在于血巍，使用一個(gè)或者接受正確值萧锉、或者返回另一個(gè)替代值的方法。

• ifPresent()
  ifPresent方法可以接受一個(gè)函數(shù)述寡。如果存在可選值柿隙，那么它會(huì)將該值傳遞給函數(shù)，否則不會(huì)進(jìn)行任何操作鲫凶。例如禀崖，如果希望在當(dāng)有值存在時(shí)將它添加到一個(gè)集合中，可以調(diào)用：

optionalValue.ifPresent(v -> results.add(v));
//或者
optionalValue.ifPresent(results::add);

• map()
  當(dāng)調(diào)用ifPresent方法時(shí)螟炫，不會(huì)反回任何值波附。如果你希望對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理，可以使用map方法昼钻。

Optional<Boolean> added = optionalValue.map(results::add);

因?yàn)閞esults.add()返回值是boolean類型掸屡，現(xiàn)在added有可能是以下三種值：被封裝到Optional中的true或者false，或者是一個(gè)空的可選值然评。

• orElse()
  已經(jīng)了解了當(dāng)一個(gè)可選值存在時(shí)應(yīng)該如何對(duì)它優(yōu)雅地進(jìn)行處理仅财。另一種使用可選值的方式是，當(dāng)沒(méi)有值存在時(shí)碗淌，產(chǎn)生一個(gè)替代值盏求。通常，當(dāng)沒(méi)有可匹配項(xiàng)時(shí)亿眠，會(huì)希望使用一個(gè)默認(rèn)值碎罚，例如一個(gè)空字符串：

String result = optionalString.orElse("");
// 如果封裝的字符串為空的話，則使用給定的空字符串""

• orElseGet()
  當(dāng)沒(méi)有值存在時(shí)纳像，還可以調(diào)用代碼來(lái)計(jì)算

String result = optionalString.orElseGet(() -> System.getProperty("user.dir"));

• orElseThrow()
  當(dāng)沒(méi)有值存在時(shí)荆烈，會(huì)拋出一個(gè)指定的異常。

String result = optionalString.orElseThrow(NoSuchElementException::new);
//需要提供一個(gè)產(chǎn)生異常對(duì)象的方法

創(chuàng)建可選值

之前已經(jīng)討論了如何處理一個(gè)已存在的Optional對(duì)象竟趾。接下來(lái)說(shuō)明如何創(chuàng)建一個(gè)Optional對(duì)象憔购。

• Optional.of(obj),Optional.empty()
  of方法創(chuàng)建一個(gè)封裝了obj的Optional對(duì)象，empty方法創(chuàng)建一個(gè)”空"的Optional對(duì)象潭兽。
• Optional.ofNullable()
  ofNullable方法被設(shè)計(jì)為null值和可選值之間的一座橋梁倦始。如果obj不為null，那么Optional.ofNullable(obj)會(huì)返回Optional.of(obj)山卦，否則會(huì)返回Optional.empty()鞋邑。
• 使用flatMap來(lái)組合可選值函數(shù)
  暫略诵次。

3. 聚合操作
   略。
4. 收集結(jié)果
   當(dāng)你處理完流之后枚碗，通常只是想看一下結(jié)果逾一，而不是將它們聚合為一個(gè)值。
   iterator()
   該方法會(huì)生成一個(gè)傳統(tǒng)風(fēng)格的迭代器肮雨，用于訪問(wèn)元素遵堵。
   toArray()
   由于無(wú)法在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建一個(gè)泛型數(shù)組，所以表達(dá)式stream.toArray()會(huì)返回一個(gè)Object[]數(shù)組怨规。如果希望得到一個(gè)正確類型的數(shù)組陌宿，可以將類型傳遞給數(shù)組的構(gòu)造函數(shù)：

String[] result = String.of("abc", "bcd", "cde").toArray(String[]::new);

collect()

• collect(Supplier, BiConsumer, BiConsumer)
  該方法接收三個(gè)參數(shù)：

  1. 一個(gè)能創(chuàng)建目標(biāo)類型實(shí)例的方法，例如HashSet的構(gòu)造方法
  2. 一個(gè)將元素添加到目標(biāo)中的方法波丰，例如一個(gè)add方法
  3. 一個(gè)將兩個(gè)對(duì)象整合到一起的方法壳坪，例如addAll方法

  下面是如何使用HashSet的collect方法的示例：

HashSet<String> result = String.of("abc", "bcd", "abc").collect(HashSet::new, HashSet::add, HashSet::addAll);

• collect(Collector)
  上面介紹了需要接收三個(gè)參數(shù)的collect方法，在實(shí)際中掰烟，并不需要這么做爽蝴，因?yàn)镃ollector接口已經(jīng)為我們提供了這三個(gè)方法，并且Collectors類還為常用的手機(jī)類型提供了各個(gè)工廠方法纫骑。
  要將一個(gè)流收集到一個(gè)list或者set中蝎亚，只需要調(diào)用：

List<String> result = String.of("abc", "bcd").collect(Collectors.toList());
Set<String> result = String.of("abc", "bcd", "abc").collect(Collectors.toSet());

如果希望控制得到的set類型，可以使用如下方式：

TreeSet<String> result = String.of("abc", "bcd", "abc").collect(Collectors.toCollection(TreeSet::new));

假設(shè)有一個(gè)Steam<Person>對(duì)象先馆，并且希望將其中的元素收集到一個(gè)map中发框，這樣隨后可以通過(guò)它們的id來(lái)查找。Collectors.toMap方法有兩個(gè)函數(shù)參數(shù)磨隘，分別用來(lái)生成map的鍵和值缤底。例如：

Map<Integer, String> idToName = persons.collect(Collectors.toMap(Person::getId, Person::getName));
Map<Integer, Person> idToPerson = persons.collect(Collectors.toMap(Person::getId, Function.identity()));

forEach()顾患， forEachOrdered()
當(dāng)只要將它們打印出來(lái)番捂，或逐個(gè)遍歷它們，那么可以使用forEach方法江解，如下：

Stream.of("abc", "bcd", "cdf").forEach(System.out::println);

向該方法傳遞的函數(shù)會(huì)被應(yīng)用到流中的每個(gè)元素上设预。需要注意的是，在一個(gè)并行流上犁河，要確保該函數(shù)可以被并發(fā)執(zhí)行鳖枕。
在一個(gè)并行流上，可能會(huì)以任意的順序來(lái)訪問(wèn)元素桨螺。如果希望按照流的順序來(lái)執(zhí)行它們宾符，那么可以使用forEachOrdered方法。
forEach方法和forEachOrdered方法都是終止操作灭翔。因此在調(diào)用它們之后魏烫，就不能再使用這個(gè)流了。如果希望還能繼續(xù)使用這個(gè)流，請(qǐng)使用peek方法哄褒。

其他

1. 原始類型流
   假設(shè)有一個(gè)整型數(shù)組稀蟋，并將該數(shù)組收集到一個(gè)Stream<Integer>的流中，不過(guò)獎(jiǎng)每個(gè)證書(shū)包裝成Integer對(duì)象顯然是一個(gè)低效的做法呐赡，對(duì)于其他原始類型double退客、float、long链嘀、short萌狂、char、byte及boolean也是一樣怀泊。為此粥脚，Stream API提供了IntStream和LongStream和DoubleStream三種類型，專門(mén)用來(lái)直接存儲(chǔ)原始類型值包个，不必使用包裝刷允，而Stream API設(shè)計(jì)者認(rèn)為不需要為其它5種原始類型都添加對(duì)應(yīng)的專門(mén)類型。

   要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)IntStream碧囊，可以調(diào)用IntStream.of和Arrays.stream方法：

IntStream stream = IntStream.of(1, 3, 5, 7);
IntStream stream = Arrays.stream(values, from, to); // values是一個(gè)int[]數(shù)組

2. 并行流
   流使得并行計(jì)算變得容易树灶。默認(rèn)情況下，流操作會(huì)創(chuàng)建一個(gè)串行流糯而，方法Collection.parallelStream()除外天通。parallel方法可以將任意的串行流轉(zhuǎn)換為一個(gè)并行流。

   一個(gè)并行流熄驼，只要在終止方法執(zhí)行前像寒，流處于并行模式，那么所有延遲執(zhí)行的流操作就都會(huì)被并行執(zhí)行瓜贾。

   當(dāng)并行運(yùn)行流操作時(shí)诺祸，需要確保傳遞給并行流操作的函數(shù)都是線程安全的，應(yīng)當(dāng)返回與串行運(yùn)行時(shí)相同的結(jié)果祭芦。很重要的一點(diǎn)是筷笨，這些操作都是無(wú)狀態(tài)的，因此可以以任意順序被執(zhí)行龟劲。

   默認(rèn)情況下胃夏，從有序集合、范圍值昌跌、生成器及迭代器仰禀，或者調(diào)用Stream.storted所產(chǎn)生的流，都是有序的蚕愤。有序并不會(huì)妨礙并行答恶，例如囊榜，當(dāng)計(jì)算stream.map(fun)時(shí)，流可以被分為n段亥宿，每一段都會(huì)被并發(fā)處理卸勺。然后再按順序?qū)⒔Y(jié)果組合起來(lái)。

   當(dāng)不考慮有序時(shí)烫扼，一些操作可以更有效地并行運(yùn)行曙求。調(diào)用Stream.unordered方法可以不關(guān)心順序。比如映企，可以放棄有序來(lái)加快limit方法的速度悟狱。如果只需要一個(gè)流中的任意n個(gè)元素，并不關(guān)心具體內(nèi)容時(shí)堰氓，可以調(diào)用：

Stream<String> stream = stringStream.parallel().unordered().limit(n);

3. 函數(shù)式接口
   在前文中挤渐，你已經(jīng)了解了許多參數(shù)為函數(shù)的操作。例如双絮，Stream.filter方法就將一個(gè)函數(shù)作為參數(shù)浴麻，filter方法的描述如下：

Stream<T> filter( Predicate<? super T> predicate )

filter方法的使用例子，如下：

Stream<String> longWords = words.filter( s -> s.length() >= 12 );
//words是一個(gè)含有多個(gè)字符串的流

查看文檔可以知道囤攀，Predicate是一個(gè)接口软免，只含有一個(gè)返回boolean值的非默認(rèn)方法：

public interface Predicate {
        boolean test(T argument);
}

在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，開(kāi)發(fā)人員可能會(huì)經(jīng)常傳一個(gè)lambda表達(dá)式或者方法引用焚挠，所以方法名并不重要膏萧。重要的部分是返回boolean值。當(dāng)查閱文檔時(shí)蝌衔，只需要記住Predicate是一個(gè)返回boolean值的函數(shù)就行了榛泛。

下表總結(jié)了能夠作為Stream和Collectors方法參數(shù)的函數(shù)式接口。