全面吃透JAVA Stream流操作,让代码更加的优雅
☝☝☝☝☝☝☝☝☝☝☝☝☝☝☝☝
在JAVA中,涉及到对数组
、Collection
等集合类中的元素进行操作的时候,通常会通过循环的方式进行逐个处理,或者使用Stream的方式进行处理。
例如,现在有这么一个需求:
从给定句子中返回单词长度大于5的单词列表,按长度倒序输出,最多返回3个
在JAVA7及之前的代码中,我们会可以照如下的方式进行实现:
/** * 【常规方式】 * 从给定句子中返回单词长度大于5的单词列表,按长度倒序输出,最多返回3个 * * @param sentence 给定的句子,约定非空,且单词之间仅由一个空格分隔 * @return 倒序输出符合条件的单词列表 */ public List<String> sortGetTop3LongWords(@NotNull String sentence) { // 先切割句子,获取具体的单词信息 String[] words = sentence.split(" "); List<String> wordList = new ArrayList<>(); // 循环判断单词的长度,先过滤出符合长度要求的单词 for (String word : words) { if (word.length() > 5) { wordList.add(word); } } // 对符合条件的列表按照长度进行排序 wordList.sort((o1, o2) -> o2.length() - o1.length()); // 判断list结果长度,如果大于3则截取前三个数据的子list返回 if (wordList.size() > 3) { wordList = wordList.subList(0, 3); } return wordList; }
在JAVA8及之后的版本中,借助Stream流,我们可以更加优雅的写出如下代码:
/** * 【Stream方式】 * 从给定句子中返回单词长度大于5的单词列表,按长度倒序输出,最多返回3个 * * @param sentence 给定的句子,约定非空,且单词之间仅由一个空格分隔 * @return 倒序输出符合条件的单词列表 */ public List<String> sortGetTop3LongWordsByStream(@NotNull String sentence) { return Arrays.stream(sentence.split(" ")) .filter(word -> word.length() > 5) .sorted((o1, o2) -> o2.length() - o1.length()) .limit(3) .collect(Collectors.toList()); }
直观感受上,Stream
的实现方式代码更加简洁、一气呵成。很多的同学在代码中也经常使用Stream流,但是对Stream流的认知往往也是仅限于会一些简单的filter
、map
、collect
等操作,但JAVA的Stream可以适用的场景与能力远不止这些。
那么问题来了:Stream相较于传统的foreach的方式处理stream,到底有啥优势?
这里我们可以先搁置这个问题,先整体全面的了解下Stream,然后再来讨论下这个问题。
笔者结合在团队中多年的代码检视遇到的情况,结合平时项目编码实践经验,对Stream的核心要点与易混淆用法、典型使用场景等进行了详细的梳理总结,希望可以帮助大家对Stream有个更全面的认知,也可以更加高效的应用到项目开发中去。
Stream初相识
概括讲,可以将Stream流操作分为3种类型:
- 创建Stream
- Stream中间处理
- 终止Steam
每个Stream管道操作类型都包含若干API方法,先列举下各个API方法的功能介绍。
- 开始管道
主要负责新建一个Stream流,或者基于现有的数组、List、Set、Map等集合类型对象创建出新的Stream流。
API | 功能说明 |
---|---|
stream() | 创建出一个新的stream串行流对象 |
parallelStream() | 创建出一个可并行执行的stream流对象 |
Stream.of() | 通过给定的一系列元素创建一个新的Stream串行流对象 |
- 中间管道
负责对Stream进行处理操作,并返回一个新的Stream对象,中间管道操作可以进行叠加。
API | 功能说明 |
---|---|
filter() | 按照条件过滤符合要求的元素, 返回新的stream流 |
map() | 将已有元素转换为另一个对象类型,一对一逻辑,返回新的stream流 |
flatMap() | 将已有元素转换为另一个对象类型,一对多逻辑,即原来一个元素对象可能会转换为1个或者多个新类型的元素,返回新的stream流 |
limit() | 仅保留集合前面指定个数的元素,返回新的stream流 |
skip() | 跳过集合前面指定个数的元素,返回新的stream流 |
concat() | 将两个流的数据合并起来为1个新的流,返回新的stream流 |
distinct() | 对Stream中所有元素进行去重,返回新的stream流 |
sorted() | 对stream中所有的元素按照指定规则进行排序,返回新的stream流 |
peek() | 对stream流中的每个元素进行逐个遍历处理,返回处理后的stream流 |
- 终止管道
顾名思义,通过终止管道操作之后,Stream流将会结束,最后可能会执行某些逻辑处理,或者是按照要求返回某些执行后的结果数据。
API | 功能说明 |
---|---|
count() | 返回stream处理后最终的元素个数 |
max() | 返回stream处理后的元素最大值 |
min() | 返回stream处理后的元素最小值 |
findFirst() | 找到第一个符合条件的元素时则终止流处理 |
findAny() | 找到任何一个符合条件的元素时则退出流处理,这个对于串行流时与findFirst相同,对于并行流时比较高效,任何分片中找到都会终止后续计算逻辑 |
anyMatch() | 返回一个boolean值,类似于isContains(),用于判断是否有符合条件的元素 |
allMatch() | 返回一个boolean值,用于判断是否所有元素都符合条件 |
noneMatch() | 返回一个boolean值, 用于判断是否所有元素都不符合条件 |
collect() | 将流转换为指定的类型,通过Collectors进行指定 |
toArray() | 将流转换为数组 |
iterator() | 将流转换为Iterator对象 |
foreach() | 无返回值,对元素进行逐个遍历,然后执行给定的处理逻辑 |
Stream方法使用
map与flatMap
map
与flatMap
都是用于转换已有的元素为其它元素,区别点在于:
- map 必须是一对一的,即每个元素都只能转换为1个新的元素
- flatMap 可以是一对多的,即每个元素都可以转换为1个或者多个新的元素
比如:有一个字符串ID列表,现在需要将其转为User对象列表。可以使用map来实现:
/** * 演示map的用途:一对一转换 */ public void stringToIntMap() { List<String> ids = Arrays.asList("205","105","308","469","627","193","111"); // 使用流操作 List<Integer> results = ids.stream() .map(s -> Integer.valueOf(s)) .collect(Collectors.toList()); System.out.println(results); }
执行之后,会发现每一个元素都被转换为对应新的元素,但是前后总元素个数是一致的:
[User{id='205'}, User{id='105'}, User{id='308'}, User{id='469'}, User{id='627'}, User{id='193'}, User{id='111'}]
再比如:现有一个句子列表,需要将句子中每个单词都提取出来得到一个所有单词列表。这种情况用map就搞不定了,需要flatMap
上场了:
public void stringToIntFlatmap() { List<String> sentences = Arrays.asList("hello world","Jia Gou Wu Dao"); // 使用流操作 List<String> results = sentences.stream() .flatMap(sentence -> Arrays.stream(sentence.split(" "))) .collect(Collectors.toList()); System.out.println(results); }
执行结果如下,可以看到结果列表中元素个数是比原始列表元素个数要多的:
[hello, world, Jia, Gou, Wu, Dao]
这里需要补充一句,flatMap
操作的时候其实是先每个元素处理并返回一个新的Stream,然后将多个Stream展开合并为了一个完整的新的Stream,如下:
peek和foreach方法
peek
和foreach
,都可以用于对元素进行遍历然后逐个的进行处理。
但根据前面的介绍,peek属于中间方法,而foreach属于终止方法。这也就意味着peek只能作为管道中途的一个处理步骤,而没法直接执行得到结果,其后面必须还要有其它终止操作的时候才会被执行;而foreach作为无返回值的终止方法,则可以直接执行相关操作。
public void testPeekAndforeach() { List<String> sentences = Arrays.asList("hello world","Jia Gou Wu Dao"); // 演示点1: 仅peek操作,最终不会执行 System.out.println("----before peek----"); sentences.stream().peek(sentence -> System.out.println(sentence)); System.out.println("----after peek----"); // 演示点2: 仅foreach操作,最终会执行 System.out.println("----before foreach----"); sentences.stream().forEach(sentence -> System.out.println(sentence)); System.out.println("----after foreach----"); // 演示点3: peek操作后面增加终止操作,peek会执行 System.out.println("----before peek and count----"); sentences.stream().peek(sentence -> System.out.println(sentence)).count(); System.out.println("----after peek and count----"); }
输出结果可以看出,peek独自调用时并没有被执行、但peek后面加上终止操作之后便可以被执行,而foreach可以直接被执行:
----before peek---- ----after peek---- ----before foreach---- hello world Jia Gou Wu Dao ----after foreach---- ----before peek and count---- hello world Jia Gou Wu Dao ----after peek and count----
filter、sorted、distinct、limit
这几个都是常用的Stream的中间操作方法,具体的方法的含义在上面的表格里面有说明。具体使用的时候,可以根据需要选择一个或者多个进行组合使用,或者同时使用多个相同方法的组合:
public void testGetTargetUsers() { List<String> ids = Arrays.asList("205","10","308","49","627","193","111", "193"); // 使用流操作 List<Dept> results = ids.stream() .filter(s -> s.length() > 2) .distinct() .map(Integer::valueOf) .sorted(Comparator.comparingInt(o -> o)) .limit(3) .map(id -> new Dept(id)) .collect(Collectors.toList()); System.out.println(results); }
上面的代码片段的处理逻辑很清晰:
- 使用filter过滤掉不符合条件的数据
- 通过distinct对存量元素进行去重操作
- 通过map操作将字符串转成整数类型
- 借助sorted指定按照数字大小正序排列
- 使用limit截取排在前3位的元素
- 又一次使用map将id转为Dept对象类型
- 使用collect终止操作将最终处理后的数据收集到list中
输出结果:
[Dept{id=111}, Dept{id=193}, Dept{id=205}]
简单结果终止方法
按照前面介绍的,终止方法里面像count
、max
、min
、findAny
、findFirst
、anyMatch
、allMatch
、nonneMatch
等方法,均属于这里说的简单结果终止方法。所谓简单,指的是其结果形式是数字、布尔值或者Optional对象值等。
public void testSimpleStopOptions() { List<String> ids = Arrays.asList("205", "10", "308", "49", "627", "193", "111", "193"); // 统计stream操作后剩余的元素个数 System.out.println(ids.stream().filter(s -> s.length() > 2).count()); // 判断是否有元素值等于205 System.out.println(ids.stream().filter(s -> s.length() > 2).anyMatch("205"::equals)); // findFirst操作 ids.stream().filter(s -> s.length() > 2) .findFirst() .ifPresent(s -> System.out.println("findFirst:" + s)); }
执行后结果为:
6 true findFirst:205
避坑提醒
这里需要补充提醒下,一旦一个Stream被执行了终止操作之后,后续便不可以再读这个流执行其他的操作了,否则会报错,看下面示例:
public void testHandleStreamAfterClosed() { List<String> ids = Arrays.asList("205", "10", "308", "49", "627", "193", "111", "193"); Stream<String> stream = ids.stream().filter(s -> s.length() > 2); // 统计stream操作后剩余的元素个数 System.out.println(stream.count()); System.out.println("-----下面会报错-----"); // 判断是否有元素值等于205 try { System.out.println(stream.anyMatch("205"::equals)); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("-----上面会报错-----"); }
执行的时候,结果如下:
6 -----下面会报错----- java.lang.IllegalStateException: stream has already been operated upon or closed at java.util.stream.AbstractPipeline.evaluate(AbstractPipeline.java:229) at java.util.stream.ReferencePipeline.anyMatch(ReferencePipeline.java:449) at com.veezean.skills.stream.StreamService.testHandleStreamAfterClosed(StreamService.java:153) at com.veezean.skills.stream.StreamService.main(StreamService.java:176) -----上面会报错-----
因为stream已经被执行count()
终止方法了,所以对stream再执行anyMatch
方法的时候,就会报错stream has already been operated upon or closed
,这一点在使用的时候需要特别注意。
结果收集终止方法
因为Stream主要用于对集合数据的处理场景,所以除了上面几种获取简单结果的终止方法之外,更多的场景是获取一个集合类的结果对象,比如List、Set或者HashMap等。
这里就需要collect
方法出场了,它可以支持生成如下类型的结果数据:
- 一个
集合类
,比如List、Set或者HashMap等 - StringBuilder对象,支持将多个
字符串进行拼接
处理并输出拼接后结果 - 一个可以记录个数或者计算总和的对象(
数据批量运算统计
)
生成集合
应该算是collect最常被使用到的一个场景了:
public void testCollectStopOptions() { List<Dept> ids = Arrays.asList(new Dept(17), new Dept(22), new Dept(23)); // collect成list List<Dept> collectList = ids.stream().filter(dept -> dept.getId() > 20) .collect(Collectors.toList()); System.out.println("collectList:" + collectList); // collect成Set Set<Dept> collectSet = ids.stream().filter(dept -> dept.getId() > 20) .collect(Collectors.toSet()); System.out.println("collectSet:" + collectSet); // collect成HashMap,key为id,value为Dept对象 Map<Integer, Dept> collectMap = ids.stream().filter(dept -> dept.getId() > 20) .collect(Collectors.toMap(Dept::getId, dept -> dept)); System.out.println("collectMap:" + collectMap); }
结果如下:
collectList:[Dept{id=22}, Dept{id=23}] collectSet:[Dept{id=23}, Dept{id=22}] collectMap:{22=Dept{id=22}, 23=Dept{id=23}}
生成拼接字符串
将一个List或者数组中的值拼接到一个字符串里并以逗号分隔开,这个场景相信大家都不陌生吧?
如果通过for
循环和StringBuilder
去循环拼接,还得考虑下最后一个逗号如何处理的问题,很繁琐:
public void testForJoinStrings() { List<String> ids = Arrays.asList("205", "10", "308", "49", "627", "193", "111", "193"); StringBuilder builder = new StringBuilder(); for (String id : ids) { builder.append(id).append(','); } // 去掉末尾多拼接的逗号 builder.deleteCharAt(builder.length() - 1); System.out.println("拼接后:" + builder.toString()); }
但是现在有了Stream,使用collect
可以轻而易举的实现:
public void testCollectJoinStrings() { List<String> ids = Arrays.asList("205", "10", "308", "49", "627", "193", "111", "193"); String joinResult = ids.stream().collect(Collectors.joining(",")); System.out.println("拼接后:" + joinResult); }
两种方式都可以得到完全相同的结果,但Stream的方式更优雅:
拼接后:205,10,308,49,627,193,111,193
数据批量数学运算
还有一种场景,实际使用的时候可能会比较少,就是使用collect生成数字数据的总和信息,也可以了解下实现方式:
public void testNumberCalculate() { List<Integer> ids = Arrays.asList(10, 20, 30, 40, 50); // 计算平均值 Double average = ids.stream().collect(Collectors.averagingInt(value -> value)); System.out.println("平均值:" + average); // 数据统计信息 IntSummaryStatistics summary = ids.stream().collect(Collectors.summarizingInt(value -> value)); System.out.println("数据统计信息: " + summary); }
上面的例子中,使用collect方法来对list中元素值进行数学运算,结果如下:
平均值:30.0 总和: IntSummaryStatistics{count=5, sum=150, min=10, average=30.000000, max=50}
并行Stream
机制说明
使用并行流,可以有效利用计算机的多CPU硬件,提升逻辑的执行速度。并行流通过将一整个stream划分为多个片段
,然后对各个分片流并行执行处理逻辑,最后将各个分片流的执行结果汇总为一个整体流。
约束与限制
并行流类似于多线程在并行处理,所以与多线程场景相关的一些问题同样会存在,比如死锁等问题,所以在并行流终止执行的函数逻辑,必须要保证线程安全。
回答最初的问题
到这里,关于JAVA Stream的相关概念与用法介绍,基本就讲完了。我们再把焦点切回本文刚开始时提及的一个问题:
Stream相较于传统的foreach的方式处理stream,到底有啥优势?
根据前面的介绍,我们应该可以得出如下几点答案:
- 代码更简洁、偏声明式的编码风格,更容易体现出代码的逻辑意图
- 逻辑间解耦,一个stream中间处理逻辑,无需关注上游与下游的内容,只需要按约定实现自身逻辑即可
- 并行流场景效率会比迭代器逐个循环更高
- 函数式接口,延迟执行的特性,中间管道操作不管有多少步骤都不会立即执行,只有遇到终止操作的时候才会开始执行,可以避免一些中间不必要的操作消耗
当然了,Stream也不全是优点,在有些方面也有其弊端:
- 代码调测debug不便
- 程序员从历史写法切换到Stream时,需要一定的适应时间
总结
好啦,关于JAVA Stream的理解要点与使用技能的阐述就先到这里啦。那通过上面的介绍,各位小伙伴们是否已经跃跃欲试了呢?快去项目中使用体验下吧!当然啦,如果有疑问,也欢迎找我一起探讨探讨咯。
此外:
-
关于Stream中collect的分组、分片等进阶操作,以及对并行流的深入探讨,因为涉及内容比较多且相对独立,我会在后续的文档中展开专门介绍下,如果有兴趣的话,可以点个关注、避免迷路。
-
关于本文中涉及的演示代码的完整示例,我已经整理并提交到github中,如果您有需要,可以自取:https://github.com/veezean/JavaBasicSkills
我是悟道,聊技术、又不仅仅聊技术~
如果觉得有用,请点个关注,也可以关注下我的公众号【架构悟道】,获取更及时的更新。
期待与你一起探讨,一起成长为更好的自己。