Java 流式操作

流式操作,是 Java 8 除了Lambda表达式外的又一重大改变。学习流式操作,就是学习java.util.stream包下的API,我们称之为Stream API,它把真正的函数式编程引入到了 Java 中。

本小节我们将了解到什么是Stream为什么使用Stream API流式操作的执行流程如何实例化StreamStream的中间操作Stream的终止操作等内容。

1. 什么是 Stream

Stream是数据渠道,用于操作数据源所生成的元素序列,它可以实现对集合(Collection)的复杂操作,例如查找、替换、过滤和映射数据等操作。

我们这里说的Stream不同于java的输入输出流。另外,Collection 是一种静态的数据结构,存储在内存中,而Stream是用于计算的,通过CPU实现计算。注意不要混淆。

TipsStream自己不会存储数据;Stream不会改变源对象,而是返回一个新的持有结果的Stream(不可变性);Stream操作是延迟执行的(这一点将在后面介绍)。

2. 为什么使用 Stream API

我们在实际开发中,项目中的很多数据都来源于关系型数据库(例如 MySQL、Oracle 数据库),我们使用SQL的条件语句就可以实现对数据的筛选、过滤等等操作;

但也有很多数据来源于非关系型数据库(RedisMongoDB等),想要处理这些数据,往往需要在 Java 层面去处理。

使用Stream API对集合中的数据进行操作,就类似于 SQL 执行的数据库查询。也可以使用Stream API来执行并行操作。简单来说,Stream API提供了一种高效且易于使用的处理数据的方式。

3. 流式操作的执行流程

流式操作通常分为以下 3 个步骤:

  1. 创建Stream对象:通过一个数据源(例如集合、数组),获取一个流;

  2. 中间操作:一个中间的链式操作,对数据源的数据进行处理(例如过滤、排序等),直到执行终止操作才执行;

  3. 终止操作:一旦执行终止操作,就执行中间的链式操作,并产生结果。

下图展示了Stream的执行流程:

接下来我们就按照这 3 个步骤的顺序来展开学习Stream API

4. Stream 对象的创建

有 4 种方式来创建Stream对象。

4.1 通过集合创建 Stream

Java 8 的java.util.Collection 接口被扩展,提供了两个获取流的默认方法:

  • default Stream<E> stream():返回一个串行流(顺序流);

  • default Stream<E> parallelStream():返回一个并行流。

实例如下:

// 创建一个集合,并添加几个元素  
List<String> stringList = new ArrayList<>();  
stringList.add("hello");  
stringList.add("world");  
stringList.add("java");// 通过集合获取串行 stream 对象  
Stream<String> stream = stringList.stream();  
// 通过集合获取并行 stream 对象  
Stream<String> personStream = stringList.parallelStream();

串行流并行流的区别是:串行流从集合中取数据是按照集合的顺序的;而并行流是并行操作的,获取到的数据是无序的。

4.2 通过数组创建 Stream

Java 8 中的java.util.Arrays的静态方法stream()可以获取数组流:

  • static <T> Stream<T> stream(T[] array):返回一个数组流。

此外,stream()还有几个重载方法,能够处理对应的基本数据类型的数组:

  • public static IntStream stream(int[] array):返回以指定数组作为其源的连续IntStream

  • public static LongStream stream(long[] array):返回以指定数组作为其源的连续LongStream

  • public static DoubleStream stream(double[] array):返回以指定数组作为其源的连续DoubleStream

实例如下:

import java.util.Arrays;
import java.util.stream.IntStream;
import java.util.stream.Stream;

public class StreamDemo1 {

    public static void main(String[] args) {
        // 初始化一个整型数组
        int[] arr = new int[]{1,2,3};
        // 通过整型数组,获取整形的 stream 对象
        IntStream stream1 = Arrays.stream(arr);

        // 通过字符串类型的数组,获取泛型类型为 String 的 stream 对象
        String[] stringArr = new String[]{"Hello", "imooc"};
        Stream<String> stream2 = Arrays.stream(stringArr);
    }
}

4.3 通过 Stream 的 of()方法

可以通过Stream类下的of()方法来创建 Stream 对象,实例如下:

import java.util.stream.Stream;

public class StreamDemo1 {

    public static void main(String[] args) {
        // 通过 Stream 类下的 of() 方法,创建 stream 对象、
        Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3);
    }
}

4.4 创建无限流

可以使用Stream类下的静态方法iterate()以及generate()创建无限流:

  • public static<T> Stream<T> iterate(final T seed, final UnaryOperator<T> f):遍历;

  • public static<T> Stream<T> generate(Supplier<T> s):生成。

创建无限流的这种方式实际使用较少,大家了解一下即可。

5. Stream 的中间操作

多个中间操作可以连接起来形成一个流水线,除非流水线上触发终止操作,否则中间操作不会执行任何的处理。在终止操作时会一次性全部处理这些中间操作,称为“惰性求值”。下面,我们来学习一下常用的中间操作方法。

5.1 筛选与切片

关于筛选和切片中间操作,有下面几个常用方法:

  • filter(Predicate p):接收 Lambda,从流中清除某些元素;

  • distinct():筛选,通过流生成元素的hashCodeequals()方法去除重复元素;

  • limit(long maxSize):截断流,使其元素不超过给定数量;

  • skip(long n):跳过元素,返回一个扔掉了前 n 个元素的流。若流中元素不足 n 个,则返回一个空流。与limit(n)互补。

我们先来看一个过滤集合元素的实例:

实例演示
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