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Java 8 Stream

Java 8 新特性 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據。

Stream 使用一種類似用SQL 語句從數據庫查詢數據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可以極大提供Java程序員的生產力,讓程序員寫出高效率、乾淨、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, 並且可以在管道的節點上進行處理, 比如篩選, 排序,聚合等。

元素流在管道中經過中間操作(intermediate operation)的處理,最後由最終操作(terminal operation)得到前面處理的結果。

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

以上的流程轉換為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();

什麼是Stream?

Stream(流)是一個來自數據源的元素隊列並支持聚合操作

  • 元素是特定類型的對象,形成一個隊列。 Java中的Stream並不會存儲元素,而是按需計算。
  • 數據源流的來源。 可以是集合,數組,I/O channel, 產生器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操作還有兩個基礎的特徵:

  • Pipelining :中間操作都會返回流對象本身。 這樣多個操作可以串聯成一個管道, 如同流式風格(fluent style)。 這樣做可以對操作進行優化, 比如延遲執行(laziness)和短路( short-circuiting)。
  • 內部迭代 :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提供了內部迭代的方式, 通過訪問者模式(Visitor)實現。

生成流

在Java 8 中, 集合接口有兩個方法來生成流:

  • stream() −為集合創建串行流。

  • parallelStream() −為集合創建並行流。

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據。 以下代碼片段使用forEach 輸出了10個隨機數:

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

map

map 方法用於映射每個元素到對應的結果,以下代碼片段使用map 輸出了元素對應的平方數:

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);
// 获取对应的平方数
List<Integer> squaresList = numbers.stream().map( i -> i*i).distinct().collect(Collectors.toList());

filter

filter 方法用於通過設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");
// 获取空字符串的数量
int count = strings.stream().filter(string -> string.isEmpty()).count();

limit

limit 方法用於獲取指定數量的流。 以下代碼片段使用limit 方法打印出10 條數據:

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

sorted

sorted 方法用於對流進行排序。 以下代碼片段使用sorted 方法對輸出的10 個隨機數進行排序:

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

並行(parallel)程序

parallelStream 是流並行處理程序的代替方法。 以下實例我們使用parallelStream 來輸出空字符串的數量:

List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
// 获取空字符串的数量
int count = strings.parallelStream().filter(string -> string.isEmpty()).count();

我們可以很容易的在順序運行和並行直接切換。


Collectors

Collectors 類實現了很多歸約操作,例如將流轉換成集合和聚合元素。 Collectors 可用於返回列表或字符串:

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("筛选列表: " + filtered);
String mergedString = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty()).collect(Collectors.joining(", "));
System.out.println("合并字符串: " + mergedString);

統計

另外,一些產生統計結果的收集器也非常有用。 它們主要用於int、double、long等基本類型上,它們可以用來產生類似如下的統計結果。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5);

IntSummaryStatistics stats = integers.stream().mapToInt((x) -> x).summaryStatistics();

System.out.println("列表中最大的数 : " + stats.getMax());
System.out.println("列表中最小的数 : " + stats.getMin());
System.out.println("所有数之和 : " + stats.getSum());
System.out.println("平均数 : " + stats.getAverage());

Stream 完整實例

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: ");
		
      // 计算空字符串
      List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
      System.out.println("列表: " +strings);
      long count = getCountEmptyStringUsingJava7(strings);
		
      System.out.println("空字符数量为: " + count);
      count = getCountLength3UsingJava7(strings);
		
      System.out.println("字符串长度为 3 的数量为: " + count);
		
      // 删除空字符串
      List<String> filtered = deleteEmptyStringsUsingJava7(strings);
      System.out.println("筛选后的列表: " + filtered);
		
      // 删除空字符串,并使用逗号把它们合并起来
      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);
		
      // 获取列表元素平方数
      List<Integer> squaresList = getSquares(numbers);
      System.out.println("平方数列表: " + squaresList);
      List<Integer> integers = Arrays.asList(1,2,13,4,15,6,17,8,19);
		
      System.out.println("列表: " +integers);
      System.out.println("列表中最大的数 : " + getMax(integers));
      System.out.println("列表中最小的数 : " + getMin(integers));
      System.out.println("所有数之和 : " + getSum(integers));
      System.out.println("平均数 : " + getAverage(integers));
      System.out.println("随机数: ");
		
      // 输出10个随机数
      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("空字符串数量为: " + count);
		
      count = strings.stream().filter(string -> string.length() == 3).count();
      System.out.println("字符串长度为 3 的数量为: " + count);
		
      filtered = strings.stream().filter(string ->!string.isEmpty()).collect(Collectors.toList());
      System.out.println("筛选后的列表: " + 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("列表中最大的数 : " + stats.getMax());
      System.out.println("列表中最小的数 : " + stats.getMin());
      System.out.println("所有数之和 : " + stats.getSum());
      System.out.println("平均数 : " + stats.getAverage());
      System.out.println("随机数: ");
		
      random.ints().limit(10).sorted().forEach(System.out::println);
		
      // 并行处理
      count = strings.parallelStream().filter(string -> string.isEmpty()).count();
      System.out.println("空字符串的数量为: " + count);
   }
	
   private static int getCountEmptyStringUsingJava7(List<String> strings){
      int count = 0;
		
      for(String string: strings){
		
         if(string.isEmpty()){
            count++;
         }
      }
      return count;
   }
	
   private static int getCountLength3UsingJava7(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();
   }
}

執行以上腳本,輸出結果為:

$ javac Java8Tester.java 
$ java Java8Tester
使用 Java 7: 
列表: [abc, , bc, efg, abcd, , jkl]
空字符数量为: 2
字符串长度为 3 的数量为: 3
筛选后的列表: [abc, bc, efg, abcd, jkl]
合并字符串: abc, bc, efg, abcd, jkl
平方数列表: [9, 4, 49, 25]
列表: [1, 2, 13, 4, 15, 6, 17, 8, 19]
列表中最大的数 : 19
列表中最小的数 : 1
所有数之和 : 85
平均数 : 9
随机数: 
-393170844
-963842252
447036679
-1043163142
-881079698
221586850
-1101570113
576190039
-1045184578
1647841045
使用 Java 8: 
列表: [abc, , bc, efg, abcd, , jkl]
空字符串数量为: 2
字符串长度为 3 的数量为: 3
筛选后的列表: [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]
列表中最大的数 : 19
列表中最小的数 : 1
所有数之和 : 85
平均数 : 9.444444444444445
随机数: 
-1743813696
-1301974944
-1299484995
-779981186
136544902
555792023
1243315896
1264920849
1472077135
1706423674
空字符串的数量为: 2

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