Java8 Stream文法詳解 不用迴圈__stream

1. Stream初體驗

我們先來看看Java裡面是怎麼定義Stream的：

A sequence of elements supporting sequential and parallel aggregate operations.

我們來解讀一下上面的那句話： Stream是元素的集合，這點讓Stream看起來用些類似Iterator； 可以支援順序和並行的對原Stream進行匯聚的操作；

大家可以把Stream當成一個進階版本的Iterator。原始版本的Iterator，使用者只能一個一個的遍曆元素並對其執行某些操作；進階版本的Stream，使用者只要給出需要對其包含的元素執行什麼操作，比如“過濾掉長度大於10的字串”、“擷取每個字串的首字母”等，具體這些操作如何應用到每個元素上，就給Stream就好了。（這個秘籍，一般人我不告訴他：））大家看完這些可能對Stream還沒有一個直觀的認識，莫急，咱們來段代碼。

//Lists是Guava中的一個工具類List<Integer> nums = Lists.newArrayList(1,null,3,4,null,6);nums.stream().filter(num -> num != null).count();

上面這段代碼是擷取一個List中，元素不為null的個數。這段代碼雖然很簡短，但是卻是一個很好的入門層級的例子來體現如何使用Stream，正所謂“麻雀雖小五髒俱全”。我們現在開始深入解刨這個例子，完成以後你可能可以基本掌握Stream的用法。 1.1 剖析Stream通用文法

圖片就是對於Stream例子的一個解析，可以很清楚的看見：原本一條語句被三種顏色的框分割成了三個部分。紅色框中的語句是一個Stream的生命開始的地方，負責建立一個Stream執行個體；綠色框中的語句是賦予Stream靈魂的地方，把一個Stream轉換成另外一個Stream，紅框的語句產生的是一個包含所有nums變數的Stream，進過綠框的filter方法以後，重建了一個過濾掉原nums列表所有null以後的Stream；藍色框中的語句是豐收的地方，把Stream的裡麵包含的內容按照某種演算法來匯聚成一個值，例子中是擷取Stream中包含的元素個數。如果這樣解析以後，還不理解，那就只能動用“核武器”–圖形化，一圖抵千言。

在此我們總結一下使用Stream的基本步驟： 建立Stream； 轉換Stream，每次轉換原有Stream對象不改變，返回一個新的Stream對象（**可以有多次轉換**）； 對Stream進行彙總（Reduce）操作，擷取想要的結果； 2. 建立Stream

最常用的建立Stream有兩種途徑： 通過Stream介面的靜態Factory 方法（注意：Java8裡介面可以帶靜態方法）； 通過Collection介面的預設方法（預設方法：Default method，也是Java8中的一個新特性，就是介面中的一個帶有實現的方法，後續文章會有介紹）–stream()，把一個Collection對象轉換成Stream 2.1 使用Stream靜態方法來建立Stream

1. of方法：有兩個overload方法，一個接受變長參數，一個介面單一值

Stream<Integer> integerStream = Stream.of(1, 2, 3, 5);Stream<String> stringStream = Stream.of("taobao");

2. generator方法：產生一個無限長度的Stream，其元素的產生是通過給定的Supplier（這個介面可以看成一個對象的工廠，每次調用返回一個給定類型的對象）

    Stream.generate(new Supplier<Double>() {    @Override    public Double get() {return Math.random();}});Stream.generate(() -> Math.random());    Stream.generate(Math::random);    

三條語句的作用都是一樣的，只是使用了lambda運算式和方法引用的文法來簡化代碼。每條語句其實都是產生一個無限長度的Stream，其中值是隨機的。這個無限長度Stream是懶載入，一般這種無限長度的Stream都會配合Stream的limit()方法來用。
3. iterate方法：也是產生無限長度的Stream，和generator不同的是，其元素的產生是重複對給定的種子值(seed)調用使用者指定函數來產生的。其中包含的元素可以認為是：seed，f(seed),f(f(seed))無限迴圈

    Stream.iterate(1, item -> item + 1).limit(10).forEach(System.out::println);    

這段代碼就是先擷取一個無限長度的正整數集合的Stream，然後取出前10個列印。千萬記住使用limit方法，不然會無限列印下去。 2.2 通過Collection子類擷取Stream

這個在本文的第一個例子中就展示了從List對象擷取其對應的Stream對象，如果查看Java doc就可以發現Collection介面有一個stream方法，所以其所有子類都都可以擷取對應的Stream對象。

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {    //其他方法省略default Stream<E> stream() {        return StreamSupport.stream(spliterator(), false);    }}

3. 轉換Stream

轉換Stream其實就是把一個Stream通過某些行為轉換成一個新的Stream。Stream介面中定義了幾個常用的轉換方法，下面我們挑選幾個常用的轉換方法來解釋。
1. distinct: 對於Stream中包含的元素進行去重操作（去重邏輯依賴元素的equals方法），新產生的Stream中沒有重複的元素；

distinct方法示意圖(**以下所有的示意圖都要感謝[RxJava](https://github.com/Netflix/RxJava)項目的doc中的圖片給予的靈感, 如果示意圖表達的有錯誤和不準確的地方，請直接聯絡我。**)：

2. filter: 對於Stream中包含的元素使用給定的過濾函數進行過濾操作，新產生的Stream只包含合格元素；

filter方法示意圖：

3. map: 對於Stream中包含的元素使用給定的轉換函式進行轉換操作，新產生的Stream只包含轉換產生的元素。這個方法有三個對於原始類型的變種方法，分別是：mapToInt，mapToLong和mapToDouble。這三個方法也比較好理解，比如mapToInt就是把原始Stream轉換成一個新的Stream，這個新產生的Stream中的元素都是int類型。之所以會有這樣三個變種方法，可以免除自動裝箱/拆箱的額外消耗；

map方法示意圖：

4. flatMap：和map類似，不同的是其每個元素轉換得到的是Stream對象，會把子Stream中的元素壓縮到父集合中；

flatMap方法示意圖：

5. peek: 產生一個包含原Stream的所有元素的新Stream，同時會提供一個消費函數（Consumer執行個體），新Stream每個元素被消費的時候都會執行給定的消費函數；

peek方法示意圖：

6. limit: 對一個Stream進行截斷操作，擷取其前N個元素，如果原Stream中包含的元素個數小於N，那就擷取其所有的元素；

limit方法示意圖：

7. skip: 返回一個丟棄原Stream的前N個元素後剩下元素組成的新Stream，如果原Stream中包含的元素個數小於N，那麼返回空Stream；

skip方法示意圖：

8. 在一起,在一起。

    List<Integer> nums = Lists.newArrayList(1,1,null,2,3,4,null,5,6,7,8,9,10);System.out.println(“sum is:”+nums.stream().filter(num -> num != null).    distinct().mapToInt(num -> num * 2).                peek(System.out::println).skip(2).limit(4).sum());    

這段代碼示範了上面介紹的所有轉換方法（除了flatMap），簡單解釋一下這段代碼的含義：給定一個Integer類型的List，擷取其對應的Stream對象，然後進行過濾掉null，再去重，再每個元素乘以2，再每個元素被消費的時候列印自身，在跳過前兩個元素，最後去前四個元素進行加和運算(解釋一大堆，很像廢話，因為基本看了方法名就知道要做什麼了。這個就是聲明式編程的一大好處。)。大家可以參考上面對於每個方法的解釋，看看最終的輸出是什麼。
9. 效能問題
有些細心的同學可能會有這樣的疑問：在對於一個Stream進行多次轉換操作，每次都對Stream的每個元素進行轉換，而且是執行多次，這樣時間複雜度就是一個for迴圈裡把所有操作都做掉的N（轉換的次數）倍啊。其實不是這樣的，轉換操作都是lazy的，多個轉換操作只會在匯聚操作（見下節）的時候融合起來，一次迴圈完成。我們可以這樣簡單的理解，Stream裡有個操作函數的集合，每次轉換操作就是把轉換函式放入這個集合中，在匯聚操作的時候迴圈Stream對應的集合，然後對每個元素執行所有的函數。 4. 匯聚（Reduce）Stream

匯聚這個詞，是我自己翻譯的，如果大家有更好的翻譯，可以在下面留言。在官方文檔中是reduce，也叫fold。

在介紹匯聚操作之前，我們先看一下Java doc中對於其定義：

A reduction operation (also called a fold) takes a sequence of input elements and combines them into a single summary result by repeated application of a combining operation, such as finding the sum or maximum of a set of numbers, or accumulating elements into a list. The streams classes have multiple forms of general reduction operations, called reduce() and collect(), as well as multiple specialized reduction forms such as sum(), max(), or count().

簡單翻譯一下：匯聚操作（也稱為摺疊）接受一個元素序列為輸入，反覆使用某個合併作業，把序列中的元素合并成一個匯總的結果。比如尋找一個數字列表的總和或者最大值，或者把這些數字累積成一個List對象。Stream介面有一些通用的匯聚操作，比如reduce()和collect()；也有一些特定用途的匯聚操作，比如sum(),max()和count()。注意：sum方法不是所有的Stream對象都有的，只有IntStream、LongStream和DoubleStream是執行個體才有。

下面會分兩部分來介紹匯聚操作： 可變匯聚：把輸入的元素們累積到一個可變的容器中，比如Collection或者StringBuilder； 其他匯聚：除去可變匯聚剩下的，一般都不是通過反覆修改某個可變對象，而是通過把前一次的匯聚結果當成下一次的入參，反覆如此。比如reduce，count，allMatch； 4.1 可變匯聚

可變匯聚對應的只有一個方法：collect，正如其名字顯示的，它可以把Stream中的要有元素收集到一個結果容器中（比如Collection）。先看一下最通用的collect方法的定義（還有其他override方法）：

<R> R collect(Supplier<R> supplier,                  BiConsumer<R, ? super T> accumulator,                  BiConsumer<R, R> combiner);

先來看看這三個參數的含義：Supplier supplier是一個工廠函數，用來產生一個新的容器；BiConsumer accumulator也是一個函數，用來把Stream中的元素添加到結果容器中；BiConsumer combiner還是一個函數，用來把中間狀態的多個結果容器合并成為一個（並發的時候會用到）。看暈了。來段代碼。

List<Integer> nums = Lists.newArrayList(1,1,null,2,3,4,null,5,6,7,8,9,10);        List<Integer> numsWithoutNull = nums.stream().filter(num -> num != null).                collect(() -> new ArrayList<Integer>(),                        (list, item) -> list.add(item),                        (list1, list2) -> list1.addAll(list2));

上面這段代碼就是對一個元素是Integer類型的List，先過濾掉全部的null，然後把剩下的元素收集到一個新的List中。進一步看一下collect方法的三個參數，都是lambda形式的函數（*上面的代碼可以使用方法引用來簡化，留給讀者自己去思考*）。 第一個函數產生一個新的ArrayList執行個體； 第二個函數接受兩個參數，第一個是前面產生的ArrayList對象，二個是stream中包含的元素，函數體就是把stream中的元素加入ArrayList對象中。第二個函數被反覆調用直到原stream的元素被消費完畢； 第三個函數也是接受兩個參數，這兩個都是ArrayList類型的，函數體就是把第二個ArrayList全部加入到第一個中；

但是上面的collect方法調用也有點太複雜了，沒關係。我們來看一下collect方法另外一個override的版本，其依賴[Collector](http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/stream/Collector.html)。

<R, A> R collect(Collector<? super T, A, R> collector);

這樣清爽多了。少年，還有好訊息，Java8還給我們提供了Collector的工具類–[Collectors](http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/stream/Collectors.html)，其中已經定義了一些靜態Factory 方法，比如：Collectors.toCollection()收集到Collection中, Collectors.toList()收集到List中和Collectors.toSet()收集到Set中。這樣的靜態方法還有很多，這裡就不一一介紹了，大家可以直接去看JavaDoc。下面看看使用Collectors對於代碼的簡化：

List<Integer> numsWithoutNull = nums.stream().filter(num -> num != null).                collect(Collectors.toList());

4.2 其他匯聚

– reduce方法：reduce方法非常的通用，後面介紹的count，sum等都可以使用其實現。reduce方法有三個override的方法，本文介紹兩個最常用的，最後一個留給讀者自己學習。先來看reduce方法的第一種形式，其方法定義如下：

    Optional<T> reduce(BinaryOperator<T> accumulator);    

接受一個BinaryOperator類型的參數，在使用的時候我們可以用lambda運算式來。

    List<Integer> ints = Lists.newArrayList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);    System.out.println("ints sum is:" + ints.stream().reduce((sum, item) -&gt; sum + item).get());    

可以看到reduce方法接受一個函數，這個函數有兩個參數，第一個參數是上次函數執行的傳回值（也稱為中間結果），第二個參數是stream中的元素，這個函數把這兩個值相加，得到的和會被賦值給下次執行這個函數的第一個參數。要注意的是：**第一次執行的時候第一個參數的值是Stream的第一個元素，第二個參數是Stream的第二個元素**。這個方法傳回值類型是Optional，這是Java8防止出現NPE的一種可行方法，後面的文章會詳細介紹，這裡就簡單的認為是一個容器，其中可能會包含0個或者1個對象。
這個過程可視化的結果如圖：

reduce方法還有一個很常用的變種：

    T reduce(T identity, BinaryOperator<T> accumulator);    

這個定義上上面已經介紹過的基本一致，不同的是：它允許使用者提供一個迴圈計算的初始值，如果Stream為空白，就直接返回該值。而且這個方法不會返回Optional，因為其不會出現null值。下面直接給出例子，就不再做說明了。

    List<Integer> ints = Lists.newArrayList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);    System.out.println("ints sum is:" + ints.stream().reduce(0, (sum, item) -> sum + item));    

– count方法：擷取Stream中元素的個數。比較簡單，這裡就直接給出例子，不做解釋了。

    List<Integer> ints = Lists.newArrayList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);    System.out.println("ints sum is:" + ints.stream().count());