詳解Java中Stream流的用法和原理

更新時(shí)間：2023年10月07日 10:57:46 作者：會(huì)飛的喵喵

最近編碼的時(shí)候用到了Stream這個(gè)東西,以前也用過(guò),但是對(duì)它沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)知,在好奇心的驅(qū)動(dòng)下還是決定花一些時(shí)間去系統(tǒng)地學(xué)一學(xué),不了解Stream的同學(xué)可以看看本文,對(duì)大家的學(xué)習(xí)和工作有一定的幫助

一、創(chuàng)建不可變的集合

不可變的集合，顧名思義，就是不想讓別人修改集合中的內(nèi)容，也無(wú)法修改。如何創(chuàng)建呢？

（一）創(chuàng)建格式

在List、Set、Map接口中，都存在靜態(tài)的of方法，可以獲取一個(gè)不可變的集合：

static List of(E...elements) 創(chuàng)建一個(gè)具有指定元素的List集合對(duì)象。
static Set of(E...elements) 創(chuàng)建一個(gè)具有指定元素的Set集合對(duì)象。
static <K , V> Map<K,V> of(E...elements) 創(chuàng)建一個(gè)具有指定元素的Map集合對(duì)象。

（List.of在jdk8中沒(méi)有，需要jdk9及以上的版本。）

public static void main(String[] args) {
    List<String> list = List.of("張三","李四","王五");
    for(String tmp : list){
        System.out.println(tmp);
    }
    System.out.println("----------------------------");
    Set<Integer> set = Set.of(1,2,3,4);
    for(int x : set){
        System.out.println(x);
    }
    System.out.println("-----------------------------");
    Map<String, Integer> map = Map.of("王五", 1, "李四", 2);
    Set<Map.Entry<String, Integer>> entries = map.entrySet();
    for(Map.Entry<String, Integer> entry : entries){
        System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
    }
    System.out.println("------------------------------");
}

這些集合不能添加，不能刪除，不能修改，如果修改會(huì)拋異常：

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = List.of("張三","李四","王五");
        list.remove(0);
    }

結(jié)果：

這里的Set集合中不能有相同的值，Map不能有相同的key，否則拋異常。

public static void main(String[] args) {
    Set<Integer> set = Set.of(1,1,2,3,4);
}

Map.of()里的參數(shù)最多傳 10 個(gè)鍵值對(duì)，源碼里of()方法參數(shù)最多的也就10對(duì)。

那為什么不用可變參數(shù)呢？因?yàn)榭勺儏?shù)只能有一個(gè)，并且要在參數(shù)列表的末尾。如果想要存超過(guò)10個(gè)的鍵值對(duì)，我們可以利用數(shù)組->可變參數(shù)：

    public static void main(String[] args) {
        Map<Integer,String> map = new HashMap<>();
        map.put(1,"a");
        map.put(2,"b");
        map.put(3,"c");
        map.put(4,"d");
        map.put(5,"e");
        map.put(6,"f");
        map.put(7,"g");
        map.put(8,"h");
        map.put(9,"i");
        map.put(10,"j");
        map.put(11,"k");
        map.put(12,"l");
        //獲取所有的鍵值對(duì)
        Set<Map.Entry<Integer,String>> entries = map.entrySet();
        //把entries變成一個(gè)數(shù)組
        //如果集合的長(zhǎng)度 〉數(shù)組的長(zhǎng)度﹔數(shù)據(jù)在數(shù)組中放不下，此時(shí)會(huì)根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，重新創(chuàng)建數(shù)組
        //如果集合的長(zhǎng)度〈=數(shù)組的長(zhǎng)度:數(shù)據(jù)在數(shù)組中放的下，此時(shí)不會(huì)創(chuàng)建新的數(shù)組，而是直接用原來(lái)的數(shù)組
        Map.Entry[] array = entries.toArray(new Map.Entry[0]);
        //生成不可變map集合，ofEntries()的參數(shù)是可變參數(shù)，可變參數(shù)可以使用數(shù)組。
        Map map1 = Map.ofEntries(array);
    }

第二種方式，但是要jdk10及以上：

    public static void main(String[] args) {
        Map<Integer,String> map = new HashMap<>();
        map.put(1,"a");
        map.put(2,"b");
        map.put(3,"c");
        map.put(4,"d");
        map.put(5,"e");
        map.put(6,"f");
        map.put(7,"g");
        map.put(8,"h");
        map.put(9,"i");
        map.put(10,"j");
        map.put(11,"k");
        map.put(12,"l");
        //生成不可變集合
        Map<Integer,String> map1 = Map.copyOf(map);
    }

（二）不可變集合的作用

保證線程安全：不可變集合是一種在創(chuàng)建之后就不再變更的對(duì)象，這種特性使得它們天生支持線程安全。
防止數(shù)據(jù)被篡改：不可變集合可以用于封裝一些敏感或重要的數(shù)據(jù)，防止它們被外部程序或不可信的庫(kù)修改或破壞。

二、Stream 流

（一）Stream 的思想

Stream 為什么叫流？可以通過(guò)下面的案例來(lái)引入這個(gè)概念。

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("陳大帥");
        list.add("陳小帥");
        list.add("小紅");
        list.add("李四");
        list.add("陳四");
        //篩選姓陳的，并且名字是3個(gè)字的人
        list.stream().filter(name->name.startsWith("陳"))
                     .filter(name->name.length()==3)
                     .forEach(name-> System.out.println(name));
    }

Stream 就像流水線一樣，這個(gè)流水線第一道工序就是過(guò)濾掉不姓陳的，第二道工序過(guò)濾掉字的數(shù)量不等于3的，最后的工序就是打印。

（二）Stream流的使用步驟

得到一條Stream流水線，把數(shù)據(jù)放上去。
利用Stream流中的API進(jìn)行各種操作。
中間方法：方法調(diào)用后還可以調(diào)用其它方法，如上面的filter。

終結(jié)方法：最后一步，調(diào)用后不能調(diào)用其它方法。

1.把數(shù)據(jù)放到流水線上

獲取方式	方法名	說(shuō)明
單列集合	default Stream stream()	collection中的默認(rèn)方法（由于單列集合實(shí)現(xiàn)了Collection接口，可以直接.stream()）
雙列集合（Map等）	無(wú)	無(wú)法直接使用stream流
數(shù)組	public static Stream stream(T[] array)	Arrays工具類中的靜態(tài)方法
零碎數(shù)據(jù)	public static Stream stream(T[] array)	Stream接口中的靜態(tài)方法

    public static void main(String[] args) {
        //1.單列集合
        List<String> list = new ArrayList<>();
        Collections.addAll(list,"a","b","b","b","c","d","e");//添加數(shù)據(jù)
        list.stream().forEach(s -> System.out.println(s));//流水線操作
        //2.雙列集合
        Map<Integer,String> map = new HashMap<>();
        map.put(1,"a");
        map.put(2,"b");
        map.put(3,"c");
        map.put(4,"d");
        map.put(5,"e");
        map.put(6,"f");
        map.keySet().stream().forEach(s-> System.out.println(s));//方式1：獲取key的流水線，利用key與value的關(guān)系來(lái)操作整體
        map.entrySet().stream().forEach(entry-> System.out.println(entry));//方式2：獲取鍵值對(duì)的流水線
        //3.數(shù)組
        int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8};
        Arrays.stream(arr).forEach(x-> System.out.println(x));//利用 Arrays 工具類來(lái)獲取流
        String[] strs = {"a","b","c"};
        Arrays.stream(strs).forEach(str-> System.out.println(str));
        //4.零散的數(shù)據(jù)
        Stream.of("a","b","c","d","e").forEach(x-> System.out.println(x));//利用 Stream 來(lái)獲取
    }

2.中間方法

Stream方法	中文解釋	作用
Stream filter(Predicate<? super T> predicate)	篩選	過(guò)濾出符合條件的元素
Stream limit(long maxSize)	限制	截取前maxSize個(gè)元素
Stream skip(long n)	跳過(guò)	跳過(guò)前n個(gè)元素
Stream distinct()	去重	去除重復(fù)的元素（根據(jù)hashCode和equals方法）
static Stream concat(Stream a, Stream b)	合并	將兩個(gè)Stream合并為一個(gè)
Stream map(Function<T, R> mapper)	映射	將每個(gè)元素轉(zhuǎn)換為另一種類型或形式

注意1：每個(gè)中間方法都是返回新的Stream流，原來(lái)的Stream流只能使用一次，建議使用鏈?zhǔn)骄幊獭?/p>

注意2：修改Stream流中的數(shù)據(jù)，不會(huì)影響原來(lái)集合或者數(shù)組中的數(shù)據(jù)。

filter

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("陳大帥");
        list.add("陳小帥");
        list.add("小紅");
        list.add("李四");
        list.add("陳四");
        //篩選姓陳的，并且名字是3個(gè)字的人
        list.stream().filter(new Predicate<String>() {
            @Override
            public boolean test(String s) {
                //如果返回值為true，表示當(dāng)前數(shù)據(jù)留下
                //如果返回值為false，表示當(dāng)前數(shù)據(jù)舍棄不要
                return s.startsWith("陳");
            }
        }).forEach(s -> System.out.println(s));//通過(guò)匿名內(nèi)部類
        list.stream().filter(s->s.startsWith("陳")).forEach(s -> System.out.println(s));//通過(guò) lambda
    }

limit

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("陳大帥");
        list.add("陳小帥");
        list.add("小紅");
        list.add("李四");
        list.add("陳四");
        //截取前 3 個(gè)數(shù)據(jù)
        list.stream().limit(3).forEach(s -> System.out.println(s));
    }

skip

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("陳大帥");
        list.add("陳小帥");
        list.add("小紅");
        list.add("李四");
        list.add("陳四");
        //跳過(guò)前 3 個(gè)數(shù)據(jù)
        list.stream().skip(3).forEach(s -> System.out.println(s));
    }

distinct

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("陳大帥");
        list.add("陳大帥");
        list.add("陳大帥");
        list.add("陳大帥");
        list.add("陳小帥");
        list.add("陳小帥");
        list.add("陳小帥");
        list.add("陳小帥");
        list.add("小紅");
        list.add("李四");
        list.add("陳四");
        //去重
        list.stream().distinct().forEach(s -> System.out.println(s));
    }

concat

public static void main(String[] args) {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("陳大帥");
    list.add("陳小帥");
    list.add("小紅");
    list.add("李四");
    list.add("陳四");
    List<String> list2 = new ArrayList<>();
    list2.add("a");
    list2.add("b");
    list2.add("c");
    //合并，如果類型不相同，類型就會(huì)變?yōu)楣餐母割?
    Stream.concat(list.stream(),list2.stream()).forEach(s -> System.out.println(s));
}

將每個(gè)元素轉(zhuǎn)換為另一種類型或形式

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("陳大帥-20");
        list.add("陳小帥-19");
        list.add("小紅-11");
        list.add("李四-12");
        list.add("陳四-13");
        list.stream().map(new Function<String, Integer>() {
            //第一個(gè)類型:流中原本的數(shù)據(jù)類型
            // 第二個(gè)類型:要轉(zhuǎn)成之后的類型
            @Override
            public Integer apply(String s) {
                //apply的形參s:依次表示流里面的每一個(gè)數(shù)據(jù)
                //返回值:表示轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)
                String[] split = s.split("-");
                int age = Integer.parseInt(split[1]);
                return age;
            }
        }).forEach(age-> System.out.println(age));//內(nèi)部類
        list.stream().map(s->Integer.parseInt(s.split("-")[1])).forEach(age-> System.out.println(age));//lambda
    }

3.終結(jié)方法

Stream方法	中文解釋	作用
void forEach(Consumer action)	遍歷	對(duì)每個(gè)元素執(zhí)行指定的操作
long count()	統(tǒng)計(jì)	返回元素的個(gè)數(shù)
toArray()	收集到數(shù)組	返回一個(gè)包含所有元素的數(shù)組
collect(Collector collector)	收集到集合	返回一個(gè)包含所有元素的集合，可以指定集合的類型和特性

forEach

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("陳大帥-20");
        list.add("陳小帥-19");
        list.add("小紅-11");
        list.add("李四-12");
        list.add("陳四-13");
        // consumer的泛型:表示流中數(shù)據(jù)的類型
        list.stream().forEach(new Consumer<String>() {
            //accept方法的形參s:依次表示流里面的每一個(gè)數(shù)據(jù)
            @Override
            public void accept(String s) {
                System.out.println(s);
            }
        });
        list.stream().forEach(s -> System.out.println(s));//lambda
    }

count

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("陳大帥-20");
        list.add("陳小帥-19");
        list.add("小紅-11");
        list.add("李四-12");
        list.add("陳四-13");
        //統(tǒng)計(jì)集合中的個(gè)數(shù)
        long count = list.stream().count();
        System.out.println(count);
    }

toArray

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("陳大帥-20");
        list.add("陳小帥-19");
        list.add("小紅-11");
        list.add("李四-12");
        list.add("陳四-13");
        //方式一：
        //收集集合中的數(shù)據(jù)到數(shù)組
        Object[] array = list.stream().toArray();
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        //方式二：指定對(duì)于類型
        //IntFunction的泛型：具體類型的數(shù)組
        //toArray方法的參數(shù)：負(fù)責(zé)創(chuàng)建一個(gè)指定類型的數(shù)組
        //toArray方法的底層：會(huì)依次得到流里面的每一個(gè)數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)放到數(shù)組當(dāng)中
        String[] strings = list.stream().toArray(new IntFunction<String[]>() {
            /**
             *
             * @param value 流中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，要跟數(shù)組長(zhǎng)度保持一致
             * @return 具體類型的數(shù)組
             */
            @Override
            public String[] apply(int value) {
                return new String[value];
            }
        });
        System.out.println(Arrays.toString(strings));
        //方式三：使用 lambda 表達(dá)式
        String[] array1 = list.stream().toArray(value -> new String[value]);//lambda
        System.out.println(Arrays.toString(array1));
    }

collect

收集到List、Set中：

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("陳大帥");
        list.add("陳大帥");
        list.add("陳大帥");
        list.add("陳小帥");
        list.add("陳小帥");
        list.add("陳小帥");
        list.add("小紅");
        list.add("李四");
        list.add("陳四");
        //收集到list中
        List<String> newList = list.stream().filter(s->s.startsWith("陳")).collect(Collectors.toList());
        System.out.println(newList);
        //收集到Set中，自動(dòng)去重
        Set<String> set = list.stream().filter(s -> s.startsWith("陳")).collect(Collectors.toSet());
        System.out.println(set);
    }

收集到Map中：

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list2 = new ArrayList<>();
        list2.add("陳大帥-20");
        list2.add("陳小帥-12");
        list2.add("小紅-15");
        list2.add("李四-15");
        list2.add("陳四-38");
        //收集到Map中，鍵：姓名 值：年齡，注意：收集到Map中的時(shí)候，流中數(shù)據(jù) key 不能重復(fù)
        Map<String,Integer> map = list2.stream()
                .filter(s->s.startsWith("陳"))
                /**
                 * toMap：參數(shù)一表示鍵的生成規(guī)則
                 *        參數(shù)二表示值的生成規(guī)則
                 * 參數(shù)一：
                 *      Function 泛型一：表示流中數(shù)據(jù)類型
                 *               泛型二：表示Map集合中key的數(shù)據(jù)類型
                 *      方法 apply 形參：依次表示流里面的每一個(gè)數(shù)據(jù)
                 *                返回值： Map 的 key
                 * 參數(shù)二：
                 *      Function 泛型一：表示流中數(shù)據(jù)類型
                 *               泛型二：表示Map集合中value的數(shù)據(jù)類型
                 *      方法 apply 形參：依次表示流里面的每一個(gè)數(shù)據(jù)
                 *                返回值：Map 的 value
                 */
                .collect(Collectors.toMap(new Function<String, String>() {
                    @Override
                    public String apply(String s) {
                         return s.split("-")[0];
                    }
                }, new Function<String, Integer>() {
                    @Override
                    public Integer apply(String s) {
                        return Integer.parseInt(s.split("-")[1]);
                    }
                }));
        System.out.println(map);
        //使用 lambda 表達(dá)式
        Map<String,Integer> map2 =
                list2.stream()
                .filter(s->s.startsWith("陳"))
                .collect(Collectors.toMap(s->s.split("-")[0],s->Integer.parseInt(s.split("-")[1])));
        System.out.println(map2);
    }

結(jié)果：

如果流中有重復(fù)的key，集合到Map時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)，這跟集合到List不一樣。

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list2 = new ArrayList<>();
        list2.add("陳大帥-20");
        list2.add("陳大帥-21");
        list2.add("陳小帥-12");
        list2.add("小紅-15");
        list2.add("李四-15");
        list2.add("陳四-38");
        //使用 lambda 表達(dá)式
        Map<String,Integer> map2 =
                list2.stream()
                .filter(s->s.startsWith("陳"))
                .collect(Collectors.toMap(s->s.split("-")[0],s->Integer.parseInt(s.split("-")[1])));
        System.out.println(map2);
    }

結(jié)果：