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Java8中Stream流式操作指南之入門篇

更新時間：2022年02月16日 11:48:38 作者：湯圓

Java8中有兩大最為重要的改變,第一個是Lambda?表達式,另外一個則是Stream?API(java.util.stream.*),下面這篇文章主要給大家介紹了Java8中Stream流式操作指南之入門篇的相關資料,需要的朋友可以參考下

簡介

流式操作也叫做函數(shù)式操作，是Java8新出的功能

流式操作主要用來處理數(shù)據(jù)（比如集合），就像泛型也大多用在集合中一樣（看來集合這個小東西還是很關鍵的啊，哪哪都有它）

下面我們主要用例子來介紹下，流的基操（建議先看下lambda表達式篇，里面介紹的lambda表達式、函數(shù)式接口、方法引用等，下面會用到）

正文

1. 流是什么

流是一種以聲明性的方式來處理數(shù)據(jù)的API

什么是聲明性的方式？

就是只聲明，不實現(xiàn)，類似抽象方法（多態(tài)性）

2. 老板，上栗子

下面我們舉個栗子，來看下什么是流式操作，然后針對這個栗子，引出后面的相關概念

需求：篩選年齡大于1的貓（貓的1年≈人的5年），并按年齡遞增排序，最后提取名字單獨存放到列表中

public class BasicDemo {
   public static void main(String[] args) {
     // 以下貓的名字均為真名，非虛構
       List<Cat> list = Arrays.asList(new Cat(1, "tangyuan"), new Cat(3, "dangdang"), new Cat(2, "milu"));
       // === 舊代碼 Java8之前 ===
       List<Cat> listTemp = new ArrayList<>();
       // 1. 篩選
       for(Cat cat: list){
           if(cat.getAge()>1){
               listTemp.add(cat);
          }
      }
       // 2. 排序
       listTemp.sort(new Comparator<Cat>() {
           @Override
           public int compare(Cat o1, Cat o2) {
               // 遞增排序
               return Integer.compare(o1.getAge(), o2.getAge());
          }
      });
       // 3. 提取名字
       List<String> listName = new ArrayList<>();
       for(Cat cat: listTemp){
           listName.add(cat.getName());
      }
       System.out.println(listName);
       
       // === 新代碼 Java8之后 ===
       List<String> listNameNew = list.stream()
        // 函數(shù)式接口 Predicate的 boolean test(T t)抽象方法
        .filter(cat -> cat.getAge() > 1)
         // lambda表達式的方法引用
        .sorted(Comparator.comparingInt(Cat::getAge))
        // 函數(shù)式接口 Funtion的 R apply(T t)抽象方法
        .map(cat-> cat.getName())
        // 收集數(shù)據(jù)，把流轉為集合List
        .collect(Collectors.toList());
       System.out.println(listNameNew);
  }
}
class Cat{
   int age;
   String name;

   public Cat(int age, String name) {
       this.age = age;
       this.name = name;
  }
// 省略getter/setter
}

可以看到，用了流式操作，代碼簡潔了很多（秒哇）

Q：有的官人可能會想，這跟前面lambda表達式的組合操作有點像啊。

A：你說對了，確實只是像，區(qū)別還是很大的。因為lambda表達式的組合操作其實還是屬于直接針對集合的操作；

文末會講到直接操作集合和流式操作的區(qū)別，這里先跳過

下面我們基于這個栗子，來分別介紹涉及到的知識點

3. 流的操作步驟

我們先忽略舊版的集合操作（后面介紹流和集合的區(qū)別時再說），先來介紹流的操作（畢竟流才是今天的主角嘛）

流的操作分三步走：創(chuàng)建流、中間操作、終端操作

流程如下圖：

這里我們要關注一個很重要的點：

在終端操作開始之前，中間操作不會執(zhí)行任何處理，它只是聲明執(zhí)行什么操作；

你可以想象上面這個流程是一個流水線：我們這里做個簡化處理

目的：先告訴你，我們要加工瓶裝的水（先創(chuàng)建流，告訴你要處理哪些數(shù)據(jù)）
再針對這些瓶子和水，來搭建一個流水線：固定瓶子的夾具、裝水的水管、擰蓋子的爪子、裝箱的打包器（中間操作，聲明要執(zhí)行的操作）
最后按下啟動按鈕，流水線開始工作（終端操作，開始根據(jù)中間操作來處理數(shù)據(jù)）

因為每一個中間操作都是返回一個流（Stream），這樣他們就可以一直組合下去（我好像吃到了什么東西？），但是他們的組合順序是不固定的，流會根據(jù)系統(tǒng)性能去選擇合適的組合順序

我們可以打印一些東西來看下：

List<Cat> list = Arrays.asList(new Cat(1, "tangyuan"), new Cat(3, "dangdang"), new Cat(2, "milu"));
List<String> listNameNew = list.stream()
.filter(cat -> {
   System.out.println("filter: " + cat);
   return cat.getAge() > 1;
})
.map(cat-> {
   System.out.println("map:" + cat);
   return cat.getName();
})
.collect(Collectors.toList());

輸出如下：

filter: Cat{age=1}
filter: Cat{age=3}
map:Cat{age=3}
filter: Cat{age=2}
map:Cat{age=2}

可以看到，中間操作的filter和map組合到一起交叉執(zhí)行了，盡管他們是兩個獨立的操作（這個技術叫作循環(huán)合并）

這個合并主要是由流式操作根據(jù)系統(tǒng)的性能來自行決定的

既然講到了循環(huán)合并，那下面捎帶說下短路技巧

短路這個詞大家應該比較熟悉（比如腦子短路什么的），指的是本來A->B->C是都要執(zhí)行的，但是在B的地方短路了，所以就變成了A->C了

這里的短路指的是中間操作，由于某些原因（比如下面的limit），導致只執(zhí)行了部分，沒有全部去執(zhí)行

我們來修改下上面的例子（加了一個中間操作limit)：

List<Cat> list = Arrays.asList(new Cat(1, "tangyuan"), new Cat(3, "dangdang"), new Cat(2, "milu"));
List<String> listNameNew = list.stream()
.filter(cat -> {
   System.out.println("filter: " + cat);
   return cat.getAge() > 1;
})
.map(cat-> {
   System.out.println("map:" + cat);
   return cat.getName();
})
 // 只加了這一行
.limit(1)
.collect(Collectors.toList());

輸出如下：

filter: Cat{age=1}
filter: Cat{age=3}
map:Cat{age=3}

可以看到，因為limit(1)只需要一個元素，所以filter過濾時，只要找到一個滿足條件的，就會停止過濾操作（后面的元素就放棄了），這個技巧叫做短路技巧

這個就很大程度上體現(xiàn)了中間操作的組合順序帶來的優(yōu)點：需要多少，處理多少，即按需處理

4. 流的特點

特點有三個：

聲明性：簡潔，易讀，代碼行數(shù)大大減少（每天有代碼行數(shù)要求的公司除外）
可復合：更靈活，各種組合都可以（只要你想，只要流有）
可并行：性能更好（不用我們去寫多線程，多好）

5. 流式操作和集合操作的區(qū)別：

現(xiàn)在我們再來回顧下開頭例子中的集合操作：篩選->排序->提取

List<Cat> listTemp = new ArrayList<>();
// 1. 篩選
for(Cat cat: list){
 if(cat.getAge()>1){
   listTemp.add(cat);
}
}
// 2. 排序
listTemp.sort(new Comparator<Cat>() {
 @Override
 public int compare(Cat o1, Cat o2) {
   // 遞增排序
   return Integer.compare(o1.getAge(), o2.getAge());
/**
   * Q：為啥不用減法 return o1.getAge() - o2.getAge()？
   * A：因為減法會有數(shù)據(jù)溢出的風險
   * 如果o1.getAge()為20億，o2.getAge()為-2億，那么結果就會超過int的極限21億多
   **/
}
});
// 3. 提取名字
List<String> listName = new ArrayList<>();
for(Cat cat: listTemp){
 listName.add(cat.getName());
}
System.out.println(listName);

可以看到跟流式操作不一樣的有兩點：

集合操作中有一個listTemp臨時變量（流式操作沒），
集合操作一直都在處理數(shù)據(jù)（而流式操作是直到最后一步的終端操作才會去處理數(shù)據(jù)），依次篩選->排序->提取名字，是順序執(zhí)行的

下面我們用表格來列出區(qū)別，應該會直觀點

	流式操作	集合操作
功能	處理數(shù)據(jù)為主	存儲數(shù)據(jù)為主
迭代方式	內部迭代（只迭代一次)，只需聲明，不需要實現(xiàn)，流內部自己有實現(xiàn)）	外部迭代（可一直迭代）需要自己foreach
處理數(shù)據(jù)	直到終端操作，才會開始真正處理數(shù)據(jù)（按需處理）	一直都在處理數(shù)據(jù)（全部處理）

用生活中的例子來對比的話，可以用電影來比喻

流就好比在線觀看，集合就好本地觀看（下載到本地）

總結

流是什么：

流是一種以聲明性的方式來處理數(shù)據(jù)的API
流是從支持數(shù)據(jù)處理操作的源生成的元素序列
- 源：數(shù)據(jù)的來源，比如集合，文件等（本節(jié)只介紹了集合的流式操作，因為用的比較多；后面有空再介紹其他的）
- 數(shù)據(jù)處理操作：就是流的中間操作，比如filter, map
- 元素序列：通過流的終端操作，返回的結果集
流的操作流程：
- 創(chuàng)建流 -> 中間操作 -> 終端操作
- 中間操作只是聲明，不真實處理數(shù)據(jù)，直到終端操作開始才會執(zhí)行
循環(huán)合并：中間操作會自由組合（流根據(jù)系統(tǒng)自己來決定組合的順序）
短路技巧：如果中間操作處理的數(shù)據(jù)已經(jīng)達到需求，則會立即停止處理數(shù)據(jù)（比如limit(1)，則當處理完1個就會停止處理）
流式操作和集合操作的區(qū)別：
- 流按需處理，集合全處理
- 流主攻數(shù)據(jù)處理，集合主攻數(shù)據(jù)存儲
- 流簡潔，集合不
- 流內部迭代（只迭代一次，完后流會消失），集合外部迭代（可一直迭代）