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Java 8 Stream

Java 8 新特性

Java 8 API添加了一個新的抽象稱為流Stream,可以讓你以一種聲明的方式處理數(shù)據(jù)。

Stream 使用一種類似用 SQL 語句從數(shù)據(jù)庫查詢數(shù)據(jù)的直觀方式來提供一種對 Java 集合運算和表達的高階抽象。

Stream API可以極大提高Java程序員的生產(chǎn)力,讓程序員寫出高效率、干凈、簡潔的代碼。

這種風格將要處理的元素集合看作一種流, 流在管道中傳輸, 并且可以在管道的節(jié)點上進行處理, 比如篩選, 排序,聚合等。

元素流在管道中經(jīng)過中間操作(intermediate operation)的處理,最后由最終操作(terminal operation)得到前面處理的結(jié)果。

+--------------------+       +------+   +------+   +---+   +-------+
| stream of elements +-----> |filter+-> |sorted+-> |map+-> |collect|
+--------------------+       +------+   +------+   +---+   +-------+

以上的流程轉(zhuǎn)換為 Java 代碼為:

List<Integer> transactionsIds = 
widgets.stream()
             .filter(b -> b.getColor() == RED)
             .sorted((x,y) -> x.getWeight() - y.getWeight())
             .mapToInt(Widget::getWeight)
             .sum();

什么是 Stream?

Stream(流)是一個來自數(shù)據(jù)源的元素隊列并支持聚合操作

  • 元素隊列 元素是特定類型的對象,形成一個隊列。 Java中的Stream并不會存儲元素,而是按需計算。

  • 數(shù)據(jù)源 流的來源。 可以是集合,數(shù)組,I/O channel, 產(chǎn)生器generator 等。

  • 聚合操作 類似SQL語句一樣的操作, 比如filter, map, reduce, find, match, sorted等。

和以前的Collection操作不同, Stream操作還有兩個基礎(chǔ)的特征:

  • Pipelining: 中間操作都會返回流對象本身。 這樣多個操作可以串聯(lián)成一個管道, 如同流式風格(fluent style)。 這樣做可以對操作進行優(yōu)化, 比如延遲執(zhí)行(laziness)和短路( short-circuiting)。

  • 內(nèi)部迭代: 以前對集合遍歷都是通過Iterator或者For-Each的方式, 顯式的在集合外部進行迭代, 這叫做外部迭代。 Stream提供了內(nèi)部迭代的方式, 通過訪問者模式(Visitor)實現(xiàn)。

生成流

在 Java 8 中, 集合接口有兩個方法來生成流:

  • stream() ? 為集合創(chuàng)建串行流。

  • parallelStream()  ? 為集合創(chuàng)建并行流。

List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
List<String> filtered = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());

forEach

Stream 提供了新的方法 'forEach' 來迭代流中的每個數(shù)據(jù)。以下代碼片段使用 forEach 輸出了10個隨機數(shù):

Random random = new Random();
random.ints().limit(10).forEach(System.out::println);

map

map 方法用于映射每個元素到對應的結(jié)果,以下代碼片段使用 map 輸出了元素對應的平方數(shù):

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
// 獲取對應的平方數(shù)
List<Integer> squaresList = numbers.stream().map( i -> i*i).distinct().collect(Collectors.toList());

filter

filter 方法用于通過設(shè)置的條件過濾出元素。以下代碼片段使用 filter 方法過濾出空字符串:

List<String>strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
// 獲取空字符串的數(shù)量
long count = strings.stream().filter(string -> string.isEmpty()).count();

limit

limit 方法用于獲取指定數(shù)量的流。 以下代碼片段使用 limit 方法打印出 10 條數(shù)據(jù):

Random random = new Random();
random.ints().limit(10).forEach(System.out::println);

sorted

sorted 方法用于對流進行排序。以下代碼片段使用 sorted 方法對輸出的 10 個隨機數(shù)進行排序:

Random random = new Random();
random.ints().limit(10).sorted().forEach(System.out::println);

并行(parallel)程序

parallelStream 是流并行處理程序的代替方法。以下示例我們使用 parallelStream 來輸出空字符串的數(shù)量:

List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
// 獲取空字符串的數(shù)量
long count = strings.parallelStream().filter(string -> string.isEmpty()).count();

我們可以很容易的在順序運行和并行直接切換。

Collectors

Collectors 類實現(xiàn)了很多歸約操作,例如將流轉(zhuǎn)換成集合和聚合元素。Collectors 可用于返回列表或字符串:

List<String>strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
List<String> filtered = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());
 
System.out.println("篩選列表: " + filtered);
String mergedString = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).collect(Collectors.joining(", "));
System.out.println("合并字符串: " + mergedString);

統(tǒng)計

另外,一些產(chǎn)生統(tǒng)計結(jié)果的收集器也非常有用。它們主要用于int、double、long等基本類型上,它們可以用來產(chǎn)生類似如下的統(tǒng)計結(jié)果。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
 
IntSummaryStatistics stats = numbers.stream().mapToInt((x) -> x).summaryStatistics();
 
System.out.println("列表中最大的數(shù) : " + stats.getMax());
System.out.println("列表中最小的數(shù) : " + stats.getMin());
System.out.println("所有數(shù)之和 : " + stats.getSum());
System.out.println("平均數(shù) : " + stats.getAverage());

Stream 完整示例

將以下代碼放入 Java8Tester.java 文件中:

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.IntSummaryStatistics;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.Map;
 
public class Java8Tester {
   public static void main(String args[]){
      System.out.println("使用 Java 7: ");
        
      // 計算空字符串
      List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
      System.out.println("列表: " +strings);
      long count = getCountEmptyStringUsingJava7(strings);
        
      System.out.println("空字符數(shù)量為: " + count);
      count = getCountLength2UsingJava7(strings);
        
      System.out.println("字符串長度為 3 的數(shù)量為: " + count);
        
      // 刪除空字符串
      List<String> filtered = deleteEmptyStringsUsingJava7(strings);
      System.out.println("篩選后的列表: " + filtered);
        
      // 刪除空字符串,并使用逗號把它們合并起來
      String mergedString = getMergedStringUsingJava7(strings,", ");
      System.out.println("合并字符串: " + mergedString);
      List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
        
      // 獲取列表元素平方數(shù)
      List<Integer> squaresList = getSquares(numbers);
      System.out.println("平方數(shù)列表: " + squaresList);
      List<Integer> integers = Arrays.asList(1,2,13,4,15,6,17,8,19);
        
      System.out.println("列表: " +integers);
      System.out.println("列表中最大的數(shù) : " + getMax(integers));
      System.out.println("列表中最小的數(shù) : " + getMin(integers));
      System.out.println("所有數(shù)之和 : " + getSum(integers));
      System.out.println("平均數(shù) : " + getAverage(integers));
      System.out.println("隨機數(shù): ");
        
      // 輸出10個隨機數(shù)
      Random random = new Random();
        
      for(int i=0; i < 10; i++){
         System.out.println(random.nextInt());
      }
        
      System.out.println("使用 Java 8: ");
      System.out.println("列表: " +strings);
        
      count = strings.stream().filter(string->string.isEmpty()).count();
      System.out.println("空字符串數(shù)量為: " + count);
        
      count = strings.stream().filter(string -> string.length() == 3).count();
      System.out.println("字符串長度為 3 的數(shù)量為: " + count);
        
      filtered = strings.stream().filter(string ->!string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());
      System.out.println("篩選后的列表: " + filtered);
        
      mergedString = strings.stream().filter(string ->!string.isEmpty()).collect(Collectors.joining(", "));
      System.out.println("合并字符串: " + mergedString);
        
      squaresList = numbers.stream().map( i ->i*i).distinct().collect(Collectors.toList());
      System.out.println("Squares List: " + squaresList);
      System.out.println("列表: " +integers);
        
      IntSummaryStatistics stats = integers.stream().mapToInt((x) ->x).summaryStatistics();
        
      System.out.println("列表中最大的數(shù) : " + stats.getMax());
      System.out.println("列表中最小的數(shù) : " + stats.getMin());
      System.out.println("所有數(shù)之和 : " + stats.getSum());
      System.out.println("平均數(shù) : " + stats.getAverage());
      System.out.println("隨機數(shù): ");
        
      random.ints().limit(10).sorted().forEach(System.out::println);
        
      // 并行處理
      count = strings.parallelStream().filter(string -> string.isEmpty()).count();
      System.out.println("空字符串的數(shù)量為: " + count);
   }
    
   private static int getCountEmptyStringUsingJava7(List<String> strings){
      int count = 0;
        
      for(String string: strings){
        
         if(string.isEmpty()){
            count++;
         }
      }
      return count;
   }
    
   private static int getCountLength2UsingJava7(List<String> strings){
      int count = 0;
        
      for(String string: strings){
        
         if(string.length() == 3){
            count++;
         }
      }
      return count;
   }
    
   private static List<String> deleteEmptyStringsUsingJava7(List<String> strings){
      List<String> filteredList = new ArrayList<String>();
        
      for(String string: strings){
        
         if(!string.isEmpty()){
             filteredList.add(string);
         }
      }
      return filteredList;
   }
    
   private static String getMergedStringUsingJava7(List<String> strings, String separator){
      StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        
      for(String string: strings){
        
         if(!string.isEmpty()){
            stringBuilder.append(string);
            stringBuilder.append(separator);
         }
      }
      String mergedString = stringBuilder.toString();
      return mergedString.substring(0, mergedString.length()-2);
   }
    
   private static List<Integer> getSquares(List<Integer> numbers){
      List<Integer> squaresList = new ArrayList<Integer>();
        
      for(Integer number: numbers){
         Integer square = new Integer(number.intValue() * number.intValue());
            
         if(!squaresList.contains(square)){
            squaresList.add(square);
         }
      }
      return squaresList;
   }
    
   private static int getMax(List<Integer> numbers){
      int max = numbers.get(0);
        
      for(int i=1;i < numbers.size();i++){
        
         Integer number = numbers.get(i);
            
         if(number.intValue() > max){
            max = number.intValue();
         }
      }
      return max;
   }
    
   private static int getMin(List<Integer> numbers){
      int min = numbers.get(0);
        
      for(int i=1;i < numbers.size();i++){
         Integer number = numbers.get(i);
        
         if(number.intValue() < min){
            min = number.intValue();
         }
      }
      return min;
   }
    
   private static int getSum(List numbers){
      int sum = (int)(numbers.get(0));
        
      for(int i=1;i < numbers.size();i++){
         sum += (int)numbers.get(i);
      }
      return sum;
   }
    
   private static int getAverage(List<Integer> numbers){
      return getSum(numbers) / numbers.size();
   }
}

執(zhí)行以上腳本,輸出結(jié)果為:

$ javac Java8Tester.java 
$ java Java8Tester
使用 Java 7: 
列表: [abc, , bc, efg, abcd, , jkl]
空字符數(shù)量為: 2
字符串長度為 3 的數(shù)量為: 3
篩選后的列表: [abc, bc, efg, abcd, jkl]
合并字符串: abc, bc, efg, abcd, jkl
平方數(shù)列表: [9, 4, 49, 25]
列表: [1, 2, 13, 4, 15, 6, 17, 8, 19]
列表中最大的數(shù) : 19
列表中最小的數(shù) : 1
所有數(shù)之和 : 85
平均數(shù) : 9
隨機數(shù): 
-393170844
-963842252
447036679
-1043163142
-881079698
221586850
-1101570113
576190039
-1045184578
1647841045
使用 Java 8: 
列表: [abc, , bc, efg, abcd, , jkl]
空字符串數(shù)量為: 2
字符串長度為 3 的數(shù)量為: 3
篩選后的列表: [abc, bc, efg, abcd, jkl]
合并字符串: abc, bc, efg, abcd, jkl
Squares List: [9, 4, 49, 25]
列表: [1, 2, 13, 4, 15, 6, 17, 8, 19]
列表中最大的數(shù) : 19
列表中最小的數(shù) : 1
所有數(shù)之和 : 85
平均數(shù) : 9.444444444444445
隨機數(shù): 
-1743813696
-1301974944
-1299484995
-779981186
136544902
555792023
1243315896
1264920849
1472077135
1706423674
空字符串的數(shù)量為: 2

Java 8 新特性

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