1. Stream流
说到Stream便容易想到I/O流，实际上，在Java 8中，得益于Lambda所带来的函数式编程，引入了一个全新的Stream概念，用于解决已有集合类库既有的弊端。
1.1 引言
传统集合的多步遍历代码
几乎所有的集合(如Collection接口或Map接口等)都支持直接或间接的遍历操作。而当我们需要对集合中的元素进行操作的时候，除了必需的添加、删除、获取外，最典型的就是集合遍历。
public class DemoForEach{
public static void main(String[] agrs){
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("xiaozhang");
list.add("xiaoming");
list.add("xiaoli");
list.add("xiaowang");
for(String name:list){
System.out.println(name);
}
}
}
循环遍历的弊端
Java 8的Lambda让我们可以更加专注于做什么(What)，而不是怎么做(How)。现在我们看一下上例代码，可以发现：
- for循环的语法就是“怎么做”
- for循环的循环体才是”做什么“
为什么使用循环？因为要进行遍历。循环是遍历的唯一方式么？遍历是指对每一个元素逐一进行处理，而并不是从第一个到最后一个顺次处理的循环。前者是目的，后者是方式。
试想一下，如果希望对集合中的元素进行筛选过滤：
- 将集合A根据条件一过滤为子集B
- 然后在根据条件二过滤为子集C
在Java 8之前的做法可能为：
public class DemoNormalFilter {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("张无忌");
list.add("周芷若");
list.add("赵敏");
list.add("张强");
list.add("张三丰");
List<String> zhangList = new ArrayList<>();
for (String name:list)
if (name.startsWith("张")) // startsWith:测试此字符串是否以指定的前缀开始。
zhangList.add(name);
List<String> shortList = new ArrayList<>();
for (String name:zhangList)
if (name.length() == 3)
shortList.add(name);
for (String name:shortList)
System.out.println(name);
}
}
上述代码含有三个循环，作用不同：
- 首先筛选所以姓张的人；
- 然后筛选名字是三个字的人；
- 最后对筛选结果进行打印输出。
每当我们需要对集合中的元素进行操作时，总是需要进行循环遍历。我们可以使用Lambda的衍生物Stream带来更加优雅的写法。
Stream的更优写法
下面来看使用Java 8的Stream API后的代码：
public class DemoStreamFilter {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("张无忌");
list.add("周芷若");
list.add("赵敏");
list.add("张强");
list.add("张三丰");
list.stream()
.filter(s -> s.startsWith("张"))
.filter(s -> s.length() == 3)
.forEach(System.out::println);
}
}
直接阅读代码的字面意思即可完美展示无关逻辑方式的语义：获取流、过滤姓张、过滤长度为3、逐一打印。代码中并没有体现使用线性循环或是其他任何算法进行遍历，我们真正要做的事情内容被更好地体现在代码中。
1.2 流式思想概述
注意：请暂时忘记对传统IO流的固有印象！
整体来看，流式思想类似于工厂车间的“生产流水线”
当需要对多个元素进行操作(特别是多步操作)时，考虑到性能及便利性，我们应该首先拼好一个”模型”步骤方案，然后再按照方案去执行它。
这张图展示了过滤、映射、跳过、计数等多步操作，这是一种集合元素的处理方案，而方案就是一种”函数模型”。图中的每一个方框都是一个”流”，调用指定的方法，可以从一个流模型转换为另一个流模型。而最右侧的数字3是最终结果。
这里的filter、map、skip都是在对函数模型进行操作，集合元素并没有真正被处理。只有当终结方法count执行时，整个模型才会按照指定策略执行操作。而这得益于Lambda的延迟执行特性。
备注：“Stream流”其实是一个集合元素的函数模型，它并不是集合，也不是数据结构，其本身并不存储任何元素（或其地址值）。
Stream(流)是一个来自数据源的元素队列
- 元素是特定类型的对象，形成一个队列。Java中的Stream并不会存储元素，而是按需计算。
- 数据源流的来源。可以是集合、数组等。
和以前的Collection操作不同，Stream操作还有两个基础的特征：
- Pipelinling：中间操作都会返回流对象本身。这样多个操作可以串联成一个管道，如同流式风格(fluent style)。这样做可以对操作进行优化，比如延迟执行(laziness)和短路(short-circuiting)。
- 内部迭代：以前对集合遍历都是通过Iterator或者增强for的方式，显式的在集合外部进行迭代，这叫做外部迭代。Stream提供了内部迭代的方式，流可以直接调用遍历方法。
当使用一个流时，通常包括三个基本步骤：获取一个数据源(source) –> 数据转换 –> 执行操作获取想要的结果。每次转换原有Stream对象不变，返回一个新的Stream对象(可以有多次转换)，这就允许对其的操作可以像链条一样排列，变成一个管道。
1.3 获取流
java.util.stream.Stream<T> 是Java 8 新加入的最常用的流接口(该接口不是函数式接口)。
获取流的方式：
- 所有的
Collection集合都可以通过stream默认方法获取流； Stream接口的静态方法of可以获取数组对应的流。
根据Collection获取流
首先，java.util.Collection接口中加入了default方法 stream 用来获取流，所以其所有实现类均可获取流。
public class DemoGetStream {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
Stream<String> stream1 = list.stream();
Set<String> set = new HashSet<>();
Stream<String> stream2 = set.stream();
}
}
根据Map获取流
java.util.Map接口不是Collection的子接口，且其K-V数据结构不符合流元素的单一特征，所以获取对应的流需要分key、value或entry等情况：
public class DemoMapGetStream {
public static void main(String[] args) {
Map<String,String> map = new HashMap<>();
Stream<String> keyStream = map.keySet().stream(); // 获取键流
Stream<String> valueStream = map.values().stream(); // 获取值流
Stream<Map.Entry<String, String>> entryStream = map.entrySet().stream(); // 获取键值对流
}
}
根据数组获取流
如果使用的是数组，由于数组对象不可添加默认方法，所以Stream接口中提供了静态方法of,使用实例如下：
public class DemoArrGetStream {
public static void main(String[] args) {
String[] arr = {"张","李","王"};
Stream<String> stream = Stream.of(arr);
}
}
// of方法的参数是一个可变参数，所以支持数组
1.4 常用方法
流模型的操作很丰富，下面介绍一些常用的API。这些方法可以被分成两种：
- 延迟方法：返回值类型仍然是
Stream接口本身类型的方法，因此支持链式调用。(除了终结方法外，其余方法均为延迟方法) - 终结方法：返回值类型不再是
Stream接口自身类型的方法，因此不再支持类似StringBuilder那样的链式调用。这里介绍的终结方法包括count和forEach方法。
逐一处理：forEach
虽然方法名字叫forEach，但是与for循环中的”for-each”昵称不同。方法签名如下：
void forEach(Consumer<? super T> action);
该方法接收一个Consumer接口函数，会将每一个流元素交给该函数进行处理。
Tips: 方法名和形参列表共同组成方法签名。
复习Consumer接口
java,util.function.Consumer<T>接口是一个消费型接口。
Consumer接口中包含抽象方法void accept(T t)，意为消费一个指定泛型的数据。
基本使用
public class DemoStreamForEach {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> stream = Stream.of("张", "李", "王");
stream.forEach(name-> System.out.println(name));
}
}
过滤：filter
可以通过filter方法将一个流转换成另一个子集流。方法签名：
Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);
该接口接收一个Predicate函数式接口参数作为筛选条件。
复习Predicate接口
java.util.stream.Predicate函数式接口，其中唯一的抽象方法为boolean test(T t);
该方法将会产生一个boolean值结果，代表指定条件是否满足。结果为true则保留元素，反之不保留。
基本使用
public class Demo2Filter {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> stream = Stream.of("张三丰", "张翠山", "赵敏", "周芷若", "张无忌");
// 对Stream流中的元素进行过滤，只要姓张的
Stream<String> stream2 = stream.filter(name -> name.startsWith("张"));
// 遍历stream2流
stream2.forEach(name-> System.out.println(name));
}
}
映射：map
如果需要将流中的元素映射到另一个流中，可以使用map方法。方法签名：
<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);
该接口需要一个Function函数式接口参数，可以将当前流中的T类型数据转换为另一种R类型的流。
复习Function接口
此前我们已经学习过java.util.stream.Function函数式接口，其中唯一的抽象方法为：
R apply(T t);
这可以将一种T类型转换成为R类型，而这种转换的动作，就称为”映射“。
基本使用
Stream流中的map方法基本使用的代码如下：
public class StreamMap {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> stream = Stream.of("10", "15", "17");
Stream<Integer> result = stream.map(str -> Integer.parseInt(str));
result.forEach(str-> System.out.println(str));
}
}
上述代码中，map方法的参数通过方法引用，将字符串类型转换为了int类型(并自动装箱为Integer类对象)。
统计个数：count
正如集合Collection当中的size方法一样，流提供count方法来统计元素个数
该方法返回一个long值代表元素个数。基本使用如下：
public class DemoStreamCount {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> stream = Stream.of("1", "2", "3", "4");
System.out.println(stream.count()); // 4
}
}
取用前几个：limit
limit方法可以对流进行截取，只取用前n个。方法签名：
Stream<T> limit(long maxSize);
参数是一个long型，如果集合当前长度大于参数则进行截取；否则不进行操作。基本使用：
public class DemoStreamLimit {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> stream = Stream.of("a", "b", "c", "d", "e");
Stream<String> limit = stream.limit(3); // 截取流的前两个元素
limit.forEach(s-> System.out.println(s)); // a,b,c
}
}
跳过前几个：skip
如果希望跳过前几个元素，可以使用skip方法获取一个截取之后的新流：
Stream<T> skip(long n);
如果流的当前长度大于n，则跳过前n个；否则将会得到一个长度为0的空流。
public class DemoStreamSkip {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> stream = Stream.of("1", "2", "3", "4", "5", "6");
Stream<String> skip = stream.skip(3);
skip.forEach(s-> System.out.println(s)); // 4,5,6
}
}
组合：concat
如果有两个流，希望合并成为一个流，那么可以使用Stream接口的静态方法concat。方法签名：
static <T> Stream<T> concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b);
注：这是一个静态方法，与
java.lang.String中的concat方法是不同的。
代码示例
public class DemoStreamConcat {
public static void main(String[] args) {
Stream<String> h = Stream.of("hello");
Stream<String> w = Stream.of("world!");
Stream<String> result = Stream.concat(h, w);
result.forEach(s-> System.out.println(s));
}
}
1.5 练习：集合元素的处理
现在有两个ArrayList集合存储队伍当中多个成员姓名，要去使用循环依次进行以下若干步骤：
第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；存储到一个新集合中。
第一个队伍筛选之后只要前3个人；存储到一个新集合中。
- 第二个队伍只要姓张的成员姓名；存储到一个新集合中。
- 第二个队伍筛选之后不要前2个人；存储到一个新集合中。
- 将两个队伍合并为一个队伍；存储到一个新集合中。
- 根据姓名创建 Person 对象；存储到一个新集合中。
- 打印整个队伍的Person对象信息。
代码实现(传统方式)
public class ExerciseOldFor {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> one = new ArrayList<>();
// ....
//队伍2
ArrayList<String> two = new ArrayList<>();
// ....
// 1. 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；存储到一个新集合中。
List<String> oneA = new ArrayList<>();
for (String name:one){
if (name.length()==3){
oneA.add(name);
}
}
// 2. 第一个队伍筛选之后只要前3个人；存储到一个新集合中。
List<String> oneB = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
oneB.add(oneA.get(i));
}
// 3. 第二个队伍只要姓张的成员姓名；存储到一个新集合中。
List<String> twoA = new ArrayList<>();
for (String name:two){
if (name.startsWith("张")){
twoA.add(name);
}
}
// 4. 第二个队伍筛选之后不要前2个人；存储到一个新集合中。
List<String> twoB = new ArrayList<>();
for (int i = 2; i < twoA.size(); i++) {
twoB.add(twoA.get(i));
}
// 5. 将两个队伍合并为一个队伍；存储到一个新集合中。
List<String> totalNames = new ArrayList<>();
totalNames.addAll(oneB);
totalNames.addAll(twoB);
// 6. 根据姓名创建 Person 对象；存储到一个新集合中。
List<Person> personList = new ArrayList<>();
for (String name:totalNames){
personList.add(new Person(name));
}
// 7. 打印整个队伍的Person对象信息。
for (Person p:personList){
System.out.println(p);
}
}
}
Stream流方式实现
public class ExerciseStream {
public static void main(String[] args) {
// 队伍1
ArrayList<String> one = new ArrayList<>();
one.add("迪丽热巴");
one.add("宋远桥");
one.add("苏星河");
one.add("石破天");
one.add("石中玉");
one.add("老子");
one.add("庄子");
one.add("洪七公");
//队伍2
ArrayList<String> two = new ArrayList<>();
two.add("古力娜扎");
two.add("张无忌");
two.add("赵丽颖");
two.add("张三丰");
two.add("尼古拉斯赵四");
two.add("张天爱");
two.add("张二狗");
// 1. 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；存储到一个新集合中。
Stream<String> threeName = one.stream().filter(n -> n.length() == 3);
// 2. 第一个队伍筛选之后只要前3个人；存储到一个新集合中。
Stream<String> firstThreePeople = threeName.limit(3);
// 3. 第二个队伍只要姓张的成员姓名；存储到一个新集合中。
Stream<String> firstNameZhang = two.stream().filter(s -> s.startsWith("张"));
// 4. 第二个队伍筛选之后不要前2个人；存储到一个新集合中。
Stream<String> skipTwoPeople = firstNameZhang.skip(2);
// 5. 将两个队伍合并为一个队伍；存储到一个新集合中。
Stream<String> concat = Stream.concat(firstThreePeople, skipTwoPeople);
// 6. 根据姓名创建 Person 对象；存储到一个新集合中。
List<Person> people = new ArrayList<>();
concat.forEach(s -> people.add(new Person(s)));
// 7. 打印整个队伍的Person对象信息。
people.forEach(p-> System.out.println(p));
// 以上3步合并写法
Stream.concat(firstThreePeople,skipTwoPeople).map(Person::new).forEach(System.out::println);
}
}
2. 方法引用
在使用Lambda表达式时，我们实际上传递进去的代码就是一种解决方案：拿什么参数做什么操作。那么考虑一种情况：如果我们在Lambda中所指定的操作方案，已经有地方存在相同方案，那是否还有必要写重复逻辑？
2.1 冗余的Lambda场景
下面是一个简单的函数式接口以便应用Lambda表达式：
public interface Printable{
void print(String str);
}
在Printable接口当中唯一的抽象方法print接收一个字符串参数，目的就是为了打印显示它。那么下面通过Lambda来实现一下：
public class DemoPrintImpl {
private static void printString(String s,Printable data){
data.print(s);
}
public static void main(String[] args) {
printString("hello",s-> System.out.println(s));
}
}
其中printString方法只管调用Printable接口的print方法，并不管该方法的具体实现逻辑会将字符串如何操作。而main方法通过Lambda表达式指定了函数式接口Printable的具体操作方案为：拿到一个String数据后，在控制台中输出它。
2.2 问题分析
这段代码的问题在于，对字符串进行控制台打印输出的操作方案，已经有了现成的实现，那就是System.out对象中的println(String)方法。既然Lambda希望做到的事情就是调用println(String)方法，那何必自己手动调用呢。
2.3 用方法引用改进代码
public class Demo02PrintRef {
private static void printString(Printable data){
data.print("hello");
}
public static void main(String[] args) {
// printString(s-> System.out.println(s));
/*
分析：
Lambda表达式的目的，打印参数传递的字符串
把参数s，传递给了System.out对象，调用out对象中的方法println对字符串进行了输出
注意：
1. System.out对象是已经存在的
2. println方法也是已经存在的
所以我们可以使用方法引用来优化Lambda表达式
可以使用System.out方法直接引用(调用)println方法
*/
printString(System.out::println);
}
}
其中双冒号::写法，这被称为“方法引用”，而双冒号是一种新的语法。
2.4 方法引用符
双冒号::为引用运算符，而它所在的表达式被称为方法引用。如果Lambda要表达的函数方案已经存在于某个方法的实现中，那么则可以通过双冒号来引用该方法作为Lambda的替代者。
语义分析
如上例中，System.out对象中有一个重载的println(String)方法恰好就是我们所需要的。那么对于printString方法的函数式接口参数，对比下面两种写法，完全等效：
- Lambda表达式写法：
s -> System.out.println(s); - 方法引用写法：
System.out::println
第一种语义是指：拿到参数之后经Lambda之手，继而传递给System.out.println方法去处理。
第二种等效写法的语义是指：直接让System.out中的println方法来取代Lambda。两种写法的执行效果完全一样，而第二种方法引用的写法复用了已有方案，更加简洁。
注：Lambda 中 传递的参数 一定是方法引用中 的那个方法可以接收的类型,否则会抛出异常
推导与省略
如果使用Lambda，那么根据“可推导即可省略”的原则，无需指定参数类型，也无需指定重载形式—-它们都将被自动推导，而如果使用方法引用，也是同样可以根据上下文进行推导。
函数式接口是Lambda的基础，而方法引用是Lambda的孪生兄弟。
2.5 通过对象名引用成员方法
这是最常见的一种用法，与上例相同。如果一个类中已经存在了一个成员方法：
public class MethodRefObject {
public void printUpperCase(String str){
System.out.println(str.toUpperCase());
}
}
函数式接口定义不变，那么当需要使用这个printUpperCase成员方法来替代Printable接口的Lambda时，已经具有了MethodRefObject类的对象实例，则可以通过对象名引用成员方法，如下：
public class Demo04MethodRef {
private static void printString(Printable p){
p.print("hello");
}
public static void main(String[] args) {
MethodRefObject obj = new MethodRefObject();
printString(obj::printUpperCase); // HELLO
}
}
2.6 通过类名称引用静态方法
由于在java.lang.Math类中已经存在了静态方法abs，所以当我们需要通过Lambda来调用该方法时，有两种写法。首先是函数式接口：
@FunctionalInterface
public interface Calcable {
int calc(int num);
}
两种写法调用：
public class Demo05CalcLambda {
private static void method(int num,Calcable ca){
System.out.println(ca.calc(num));
}
public static void main(String[] args) {
// Lambda表达式写法
method(-10,n -> Math.abs(n)); // 10
// 通过类名称引用静态方法
method(-10,Math::abs); // 10
}
}
上述例子中，两种写法是完全等效的：
- Lambda表达式：
n->Math.abs(n) - 方法引用：
Math::abs
2.7 通过super引用成员方法
如果存在继承关系，当Lambda中需要出现super调用时，也可以使用方法引用进行替代。代码示例如下：
// 首先是函数式接口：
@FunctionalInterface
public interface Greetable {
void greet();
}
// 定义父类
public class Human {
public void sayHello(){
System.out.println("Hello!");
}
}
// 定义子类继承父类
public class Man extends Human {
// 子类重写父类sayHello方法
@Override
public void sayHello(){
System.out.println("大家好，我是Man！");
}
// 定义方法method，参数传递Greetable接口
public void method(Greetable g){
g.greet();
}
public void show(){
// 调用method方法，使用Lambda表达式
method(()->new Human().sayHello()); // 创建父类human对象，调用父类的sayHello方法
// 因为有子父类关系，所以存在一个关键字super，代表父类；所以我们可以直接使用super，调用父类的成员方法
// 使用super关键字引用父类的成员方法
method(super::sayHello);
}
public static void main(String[] args) {
new Man().show(); // 调用show方法
}
}
2.8 通过this引用成员方法
this代表当前对象，如果需要引用的方法就是当前类中的成员方法，那么可以使用this::成员方法的格式来使用方法引用。
// 定义简单的函数式接口
@FunctionalInterface
public interface Richable {
void buy();
}
// 定义使用类
public class Child {
private void buyGame(){
System.out.println("买了游戏");
}
private void computer(Richable r){
r.buy();
}
public void soHappy(){
// 使用lambda表达式
computer(()->System.out.println("买了游戏"))；
// 使用this关键字，调用本类中已经存在的方法
computer(()->this.buyGame())
// 使用方法引用
computer(this::buyGame);
// 上述三种方法完全等效
}
public static void main(String[] args) {
new Child().soHappy(); // 买了游戏
}
}
2.9 类的构造器引用
由于构造器的名称和类名完全一样，并不固定。所以构造器引用使用类名称::new的格式表示。
代码示例:
// Person类
public class Person {
private String name;
public Person() {
}
public Person(String name) {
this.name = name;
}
// ....
}
// 定义一个车间Person对象的函数式接口
@FunctionalInterface
public interface PersonBuilder {
// 定义一个方法，根据传递的姓名，创建Person对象返回
Person builderPerson(String name);
}
// 类的构造器引用
public class DemoBuilderPerson {
// 定义一个方法，参数传递姓名和PersonBuilder接口，方法中通过姓名创建Person对象
public static void printName(String name,PersonBuilder pb){
Person person = pb.builderPerson(name);
System.out.println(person.getName());
}
public static void main(String[] args) {
// 调用printName方法，方法的参数PersonBuilder接口是函数式接口，故可以使用Lambda表达式
printName("小张",name -> new Person(name));
/*
使用方法引用优化lambda表达式
构造方法new Person(String name) 已知
创建对象已知 new
就可以使用Person引用new创建对象
*/
printName("小明",Person::new); // 使用Person类的带参构造方法，通过传递的姓名创建对象
}
}
2.10 数组的构造器引用
数组也是Object的子类对象，所以同样具有构造器，只是语法稍有不同。如果对应到Lambda的使用场景中时，示例代码如下：
// 定义一个创建是数组的函数式接口
@FunctionalInterface
public interface ArrayBuilder {
// 定义一个创建int类型数组的方法，参数传递数组的长度，返回创建好的int类型数组
int[] builderArray(int length);
}
// 数组的构造器引用
public class DemoArrayBuilder {
/*
定义一个方法
方法的参数传递创建数组的长度和ArrayBuilder接口
方法内部根据传递的长度使用ArrayBuilder中的方法创建数组并返回
*/
public static int[] createArray(int length,ArrayBuilder ab){
return ab.builderArray(length);
}
public static void main(String[] args) {
// 调用createArray方法，传递数组的长度和Lambda表达式
int[] arr = createArray(10,(len)->new int[len]);
System.out.println(arr.length); // 10
/*
使用方法引用优化lambda表达式
已知创建的就是int[]数组
数组的长度也是已知的
就可以使用方法引用
int[]引用new，根据参数传递的长度来创建数组
*/
int[] arr2 = createArray(10,int[]::new);
System.out.println(arr2.length); // 10
}
}
今日目标
- 能够理解流与集合相比的优点。让我们专注于做什么，而不是怎么做
- 能够理解流的延迟执行特点。Stream可以按需计算，只有当终结方法执行时，整个模型才会按照指定策略执行操作。
- 能够通过集合、映射或数组获取流。实现类.stream();Stream.of(数组)。
- 能够掌握常用的流操作。forEach,filter,map,count,limit,skip,concat
- 能够使用输出语句的方法引用。System.out::println？
- 能够通过4种方式使用方法引用
- 能够使用类和数组的构造器引用。类名称::new;数组[]::new
