【Java技术指南】「实战盲区」深入透析Java8的Stream的原理及实战指南

Java最有影响力的功能

要说到Java8的技术体系中，最让人难以忘怀的功能，那非Lambda和Stream莫属了。两者结合操作，达成天作之合，有点势不可挡。

它主要用于补充集合类，它的强大，相信用过它的朋友，能明显的感受到，不用使用for循环就能对集合作出很好的操作。

Stream 使用一种类似用 SQL 语句从数据库查询数据的直观方式来提供一种对 Java 集合运算和表达的高阶抽象。

这种风格将要处理的元素集合看作一种流， 流在管道中传输， 并且可以在管道的节点上进行处理， 比如筛选， 排序，聚合等。

元素流在管道中经过中间操作(intermediate operation)的处理，最后由最终操作(terminal operation)得到前面处理的结果。

Stream流

Stream流处理的添加是Java 8中的主要新功能之一，要理解这些需要对Java8（lambda表达式、方法引用）有基本的工作知识。

Stream功能介绍

• 首先，应将Java 8的Stream流与Java原本的 I / O流（例如：FileInputStream等）区分开，两者在本质角度而言是两个东西
• 简而言之，流是数据源周围的包装器，使我们能够使用该数据源进行操作，并使批量处理方便快捷。
• 流不存储数据，从这个意义上说，它不是数据结构，它也永远不会修改基础数据源。
• 此新功能java.util.stream-支持对元素流进行功能样式的操作，例如对集合进行map-reduce转换。

Stream功能定义

Stream将要处理的元素集合看作一种流，在流的过程中，借助Stream API对流中的元素进行操作，比如：筛选、排序、聚合等。

采用Stream API可以极大提高 Java 程序员的生产力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。

Stream的功能分析

• Stream的操作符从流程操作是否完结大体上分为两种：中间操作符和终止操作符

流程中操作符

对于数据流来说，流程中操作符在执行指定处理程序后，数据流依然可以传递给下一级的操作符。

• map(mapToInt,mapToLong,mapToDouble) ：转换操作符，把比如A->B，这里默认提供了转int，long，double的操作符。
• flatmap(flatmapToInt,flatmapToLong,flatmapToDouble) 拍平操作比如把 int[]{2,3,4} 拍平 变成 2，3，4 也就是从原来的一个数据变成了3个数据，默认提供了拍平成int,long,double的操作符。
• limit 限流操作，比如数据流中有10个 我只要出前3个就可以使用。
• distint 去重操作，对重复元素去重，底层使用了equals方法。
• filter 过滤操作，把不想要的数据过滤。
• peek 挑出操作，如果想对数据进行某些操作，如：读取、编辑修改等。
• skip 跳过操作，跳过某些元素。
• sorted(unordered) 排序操作，对元素排序，前提是实现Comparable接口，当然也可以自定义比较器。

流程终止操作符

数据经过中间加工操作，就轮到终止操作符上场了，终止操作符就是用来对数据进行收集或者消费的，数据到了终止操作这里就不会向下流动了，终止操作符只能使用一次。

• collect 收集操作，将所有数据收集起来，这个操作非常重要，官方的提供的Collectors 提供了非常多收集器，可以说Stream 的核心在于Collectors。
• count 统计操作，统计最终的数据个数。
• findFirst、findAny 查找操作，查找第一个、查找任何一个 返回的类型为Optional。
• noneMatch、allMatch、anyMatch 匹配操作，数据流中是否存在符合条件的元素 返回值为bool 值。
• min、max 最值操作，需要自定义比较器，返回数据流中最大最小的值。
• reduce 规约操作，将整个数据流的值规约为一个值，count、min、max底层就是使用reduce。
• forEach、forEachOrdered 遍历操作，这里就是对最终的数据进行消费了。
• toArray 数组操作，将数据流的元素转换成数组。

注意：中间操作符包含8种(排除了parallel,sequential，这两个操作并不涉及到对数据流的加工操作)

Stream流的API分析

Stream的创建

1. 通过java.util.Collection.stream()方法用集合创建流

List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c");
// 创建一个顺序流
Stream<String> stream = list.stream();
// 创建一个并行流
Stream<String> parallelStream = list.parallelStream();

2. 使用java.util.Arrays.stream(T[] array)方法用数组创建流

int[] array={1,3,5,6,8};
IntStream stream = Arrays.stream(array);

3. 使用Stream的静态方法：of()、iterate()、generate()

Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5, 6);
Stream<Integer> stream2 = Stream.iterate(0, (x) -> x + 3).limit(4);
stream2.forEach(System.out::println); // 0 3 6 9
Stream<Double> stream3 = Stream.generate(Math::random).limit(3);
stream3.forEach(System.out::println);

stream和parallelStream的简单区分：

针对于筛选集合中的奇数，两者的处理不同之处：

• stream是顺序流，由主线程按顺序对流执行操作；



• parallelStream是并行流，内部以多线程并行执行的方式对流进行操作，但前提是流中的数据处理没有顺序要求。

遍历/匹配（foreach/find/match）

Stream也是支持类似集合的遍历和匹配元素的，只是Stream中的元素是以Optional类型存在的。Stream的遍历、匹配非常简单。

List<Integer> list = Arrays.asList(7, 6, 9, 3, 8, 2, 1);
        // 遍历输出符合条件的元素
        list.stream().filter(x -> x > 6).forEach(System.out::println);
        // 匹配第一个
        Optional<Integer> findFirst = list.stream().filter(x -> x > 6).findFirst();
        // 匹配任意（适用于并行流）
        Optional<Integer> findAny = list.parallelStream().filter(x -> x > 6).findAny();
        // 是否包含符合特定条件的元素
        boolean anyMatch = list.stream().anyMatch(x -> x < 6);
        System.out.println("匹配第一个值：" + findFirst.get());
        System.out.println("匹配任意一个值：" + findAny.get());
        System.out.println("是否存在大于6的值：" + anyMatch);

筛选（filter）

筛选，是按照一定的规则校验流中的元素，将符合条件的元素提取到新的流中的操作。筛选出Integer集合中大于7的元素，并打印出来

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = Arrays.asList(6, 7, 3, 8, 1, 2, 9);
        Stream<Integer> stream = list.stream();
        stream.filter(x -> x > 7).forEach(System.out::println);
    }
}

聚合（max/min/count)

max、min、count这些字眼你一定不陌生，没错，在mysql中我们常用它们进行数据统计。Java stream中也引入了这些概念和用法，极大地方便了我们对集合、数组的数据统计工作。

获取String集合中最长的元素。

public class StreamTest {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = Arrays.asList("adnm", "admmt", "pot", "xbangd", "weoujgsd");
        Optional<String> max = list.stream().max(Comparator.comparing(String::length));
        System.out.println("最长的字符串：" + max.get());
    }
}

输出结果：

最长的字符串：weoujgsd

获取Integer集合中的最大值。

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = Arrays.asList(7, 6, 9, 4, 11, 6);
        // 自然排序
        Optional<Integer> max = list.stream().max(Integer::compareTo);
        // 自定义排序
        Optional<Integer> max2 = list.stream().max(new Comparator<Integer>() {
            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                return o1.compareTo(o2);
            }
        });
        System.out.println("自然排序的最大值：" + max.get());
        System.out.println("自定义排序的最大值：" + max2.get());
    }
}

计算Integer集合中大于5的元素的个数。

public class StreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = Arrays.asList(7, 6, 4, 8, 2, 11, 9);
        long count = list.stream().filter(x -> x > 5).count();
        System.out.println("list中大于6的元素个数：" + count);
    }
}

映射(map/flatMap)

映射可以将一个流的元素按照一定的映射规则映射到另一个流中。分为map和flatMap：

• map：接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，并将其映射成一个新的元素。
• flatMap：接收一个函数作为参数，将流中的每个值都换成另一个流，然后把所有流连接成一个流。

英文字符串数组的元素全部改为大写。

String[] strArr = { "abcd", "bcdd", "defde", "fTr" };
        List<String> strList = Arrays.stream(strArr).map(String::toUpperCase).collect(Collectors.toList());
        System.out.println("每个元素大写：" + strList);

整数数组每个元素+3

List<Integer> intList = Arrays.asList(1, 3, 5, 7, 9, 11);
        List<Integer> intListNew = intList.stream().map(x -> x + 3).collect(Collectors.toList());
        System.out.println("每个元素+3：" + intListNew);

将两个字符数组合并成一个新的字符数组。

List<String> list = Arrays.asList("m,k,l,a", "1,3,5,7");
        List<String> listNew = list.stream().flatMap(s -> {
            // 将每个元素转换成一个stream
            String[] split = s.split(",");
            Stream<String> s2 = Arrays.stream(split);
            return s2;
        }).collect(Collectors.toList());

归并操作(reduce)

归并，也称缩减，顾名思义，是把一个流缩减成一个值，能实现对集合求和、求乘积和求最值操作。

List<Integer> list = Arrays.asList(1, 3, 2, 8, 11, 4);
        // 求和方式1
        Optional<Integer> sum = list.stream().reduce(Integer::sum);
        // 求和方式2
        Optional<Integer> sum2 = list.stream().reduce(Integer::sum);
        // 求和方式3
        Integer sum3 = list.stream().reduce(0, Integer::sum);
        // 求乘积
        Optional<Integer> product = list.stream().reduce((x, y) -> x * y);
        // 求最大值方式1
        Optional<Integer> max = list.stream().reduce((x, y) -> x > y ? x : y);
        // 求最大值写法2
        Integer max2 = list.stream().reduce(1, Integer::max);

统计(count/averaging)

Collectors提供了一系列用于数据统计的静态方法：

• 计数：count
• 平均值：averagingInt、averagingLong、averagingDouble
• 最值：maxBy、minBy
• 求和：summingInt、summingLong、summingDouble
• 统计以上所有：summarizingInt、summarizingLong、summarizingDouble

案例：统计员工人数、平均工资、工资总额、最高工资。

List<Person> personList = new ArrayList<Person>();
        personList.add(new Person("Tom", 8900, 23, "male", "New York"));
        personList.add(new Person("Jack", 7000, 25, "male", "Washington"));
        personList.add(new Person("Lily", 7800, 21, "female", "Washington"));
        // 求总数
        long count = personList.size();
        // 求平均工资
        Double average = personList.stream().collect(Collectors.averagingDouble(Person::getSalary));
        // 求最高工资
        Optional<Integer> max = personList.stream().map(Person::getSalary).max(Integer::compare);
        // 求工资之和
        int sum = personList.stream().mapToInt(Person::getSalary).sum();
        // 一次性统计所有信息
        DoubleSummaryStatistics collect = personList.stream().collect(Collectors.summarizingDouble(Person::getSalary));
        System.out.println("员工总数：" + count);
        System.out.println("员工平均工资：" + average);
        System.out.println("员工最高工资：" + max.get());
        System.out.println("员工工资总和：" + sum);
        System.out.println("员工工资所有统计：" + collect);

分组(partitioningBy/groupingBy)

分区：将stream按条件分为两个Map，比如员工按薪资是否高于8000分为两部分。 分组：将集合分为多个Map，比如员工按性别分组。有单级分组和多级分组。 案例：将员工按薪资是否高于8000分为两部分；将员工按性别和地区分组

List<Person> personList = new ArrayList<Person>();
        personList.add(new Person("Tom", 8900, 23, "male", "Washington"));
        personList.add(new Person("Jack", 7000, 25, "male", "Washington"));
        personList.add(new Person("Lily", 7800, 21, "female", "New York"));
        personList.add(new Person("Anni", 8200, 24, "female", "New York"));
        // 将员工按薪资是否高于8000分组
        Map<Boolean, List<Person>> part = personList.stream().collect(Collectors.partitioningBy(x -> x.getSalary() > 8000));
        // 将员工按性别分组
        Map<String, List<Person>> group = personList.stream().collect(Collectors.groupingBy(Person::getSex));
        // 将员工先按性别分组，再按地区分组
        Map<String, Map<String, List<Person>>> group2 = personList.stream().collect(Collectors.groupingBy(Person::getSex, Collectors.groupingBy(Person::getArea)));

接合(joining)

joining可以将stream中的元素用特定的连接符（没有的话，则直接连接）连接成一个字符串。

List<Person> personList = new ArrayList<Person>();
        personList.add(new Person("Tom", 8900, 23, "male", "New York"));
        personList.add(new Person("Jack", 7000, 25, "male", "Washington"));
        personList.add(new Person("Lily", 7800, 21, "female", "Washington"));
        String names = personList.stream().map(Person::getName).collect(Collectors.joining(","));
        System.out.println("所有员工的姓名：" + names);
        List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
        String string = list.stream().collect(Collectors.joining("-"));
        System.out.println("拼接后的字符串：" + string);

排序(sorted)

sorted，中间操作。有两种排序：

• sorted()：自然排序，流中元素需实现Comparable接口
• sorted(Comparator com)：Comparator排序器自定义排序

案例：将员工按工资由高到低（工资一样则按年龄由大到小）排序

List<Person> personList = new ArrayList<Person>();
        personList.add(new Person("Sherry", 9000, 24, "female", "New York"));
        personList.add(new Person("Tom", 8900, 22, "male", "Washington"));
        personList.add(new Person("Jack", 9000, 25, "male", "Washington"));
        personList.add(new Person("Lily", 8800, 26, "male", "New York"));
        personList.add(new Person("Alisa", 9000, 26, "female", "New York"));
        // 按工资升序排序（自然排序）
        List<String> newList = personList.stream().sorted(Comparator.comparing(Person::getSalary)).map(Person::getName)
                .collect(Collectors.toList());
        // 按工资倒序排序
        List<String> newList2 = personList.stream().sorted(Comparator.comparing(Person::getSalary).reversed())
                .map(Person::getName).collect(Collectors.toList());
        // 先按工资再按年龄升序排序
        List<String> newList3 = personList.stream()
                .sorted(Comparator.comparing(Person::getSalary).thenComparing(Person::getAge)).map(Person::getName)
                .collect(Collectors.toList());
        // 先按工资再按年龄自定义排序（降序）
        List<String> newList4 = personList.stream().sorted((p1, p2) -> {
            if (p1.getSalary() == p2.getSalary()) {
                return p2.getAge() - p1.getAge();
            } else {
                return p2.getSalary() - p1.getSalary();
            }
        }).map(Person::getName).collect(Collectors.toList());

提取/组合

流也可以进行合并、去重、限制、跳过等操作。

String[] arr1 = { "a", "b", "c", "d" };
        String[] arr2 = { "d", "e", "f", "g" };
        Stream<String> stream1 = Stream.of(arr1);
        Stream<String> stream2 = Stream.of(arr2);
        // concat:合并两个流 distinct：去重
        List<String> newList = Stream.concat(stream1, stream2).distinct().collect(Collectors.toList());
        // limit：限制从流中获得前n个数据
        List<Integer> collect = Stream.iterate(1, x -> x + 2).limit(10).collect(Collectors.toList());
        // skip：跳过前n个数据
        List<Integer> collect2 = Stream.iterate(1, x -> x + 2).skip(1).limit(5).collect(Collectors.toList());
        System.out.println("流合并：" + newList);
        System.out.println("limit：" + collect);
        System.out.println("skip：" + collect2);

实际案例操作

遍历集合

日常开发中，我们经常需要需要遍历集合对象中的元素，例如，我们会采用如下方式进行遍历元素，然后过滤出某个字段的集合，当采用 Stream 编程之后，只需要通过一行代码，即可实现：

/** 
 * jdk8 从集合对象中获取用户ID集合 
 * @param userList 
 * @return 
 */ 
public List<Long> getUserIds(List<User> userList){ 
    List<Long> userIds = userList.stream().map(User::getUserId).collect(Collectors.toList()); 
    return userIds; 
}

筛选元素

筛选元素，是日常开发中经常会碰到，例如在 jdk8，采用 Stream api，我们只需要通过filter方法来筛选出需要的数据，即可过滤出用户ID不为空的数据。

/** 
 * jdk8 从集合对象中筛选出用户ID不为空的数据 
 * @param userList 
 * @return 
 */ 
public List<Long> getUserIds8(List<User> userList){ 
    List<Long> userIds = userList.stream().filter(item -> item.getUserId() != null).map(User::getUserId).collect(Collectors.toList()); 
    return userIds; 
}

删除重复的内容

如果你想对返回的集合内容排除重复的数据，操作也很简单，在合并的时候使用Collectors.toSet()即可!

/** 
 * jdk8 从集合对象中筛选出用户ID不为空的数据，并进行去重 
 * @param userList 
 * @return 
 */ 
public Set<Long> getUserIds(List<User> userList){ 
    Set<Long> userIds = userList.stream().filter(item -> item.getUserId() != null).map(User::getUserId).collect(Collectors.toSet()); 
    return userIds; 
}

数据类型转换

在实际的开发过程中，经常会出现数据类型定义不一致的问题，例如有的系统，使用String接受，有的是用Long，对于这种场景，我们需要将其转换，操作也很简单

/** 
 * jdk8 将Long类型数据转换成String类型 
 * @param userIds 
 * @return 
 */ 
public List<String> getUserIds10(List<Long> userIds){ 
    List<String> userIdStrs = userIds.stream().map(x -> x.toString()).collect(Collectors.toList()); 
    return userIdStrs; 
}

数组转集合

我们还会碰到，前端传给我们的是一个数组，但是我们需要转成集合，采用 stream api 操作也很简单!

public static void main(String[] args) { 
        //创建一个字符串数组 
        String[] strArray = new String[]{"a","b","c"}; 
        //转换后的List 属于 java.util.ArrayList 能进行正常的增删查操作 
        List<String> strList = Stream.of(strArray).collect(Collectors.toList()); 
}

集合转Map操作

在实际的开发过程中，还有一个使用最频繁的操作就是，将集合元素中某个主键字段作为key，元素作为value，来实现集合转map的需求，这种需求在数据组装方面使用的非常多，尤其是在禁止连表 sql 查询操作的公司，视图数据的拼装只能在代码层面来实现。

例如，下面这段代码，角色表里面关联角色组ID信息，当查询角色信息的时候，需要把角色组名称也展示处理，采用map方式来匹配，效率会非常高。

实际代码案例分享

//角色组ID集合
Set<Long> roleGroupIds = new HashSet<>();
//查询所有的角色信息
List<RoleInfo> dbList = roleInfoMapper.findByPage(request); 
for (RoleInfo source : dbList) { 
    roleGroupIds.add(source.getRoleGroupId()); 
    RoleInfoDto result = new RoleInfoDto(); 
    BeanUtils.copyProperties(source, result); 
    resultList.add(result); 
} 
//查询角色组信息 
if (CollectionUtils.isNotEmpty(roleGroupIds)) { 
    List<RoleGroupInfo> roleGroupInfoList = roleGroupInfoMapper.selectByIds(new ArrayList<>(roleGroupIds)); 
    if (CollectionUtils.isNotEmpty(roleGroupInfoList)) { 
     //将List转换成Map，其中id主键作为key，对象作为value 
        Map<Long, RoleGroupInfo> sourceMap = new HashMap<>(); 
        for (RoleGroupInfo roleGroupInfo : roleGroupInfoList) { 
            sourceMap.put(roleGroupInfo.getId(), roleGroupInfo); 
        } 
  //封装角色组名称 
        for (RoleInfoDto result : resultList) { 
            if (sourceMap.containsKey(result.getRoleGroupId())) {
               result.setRoleGroupName(sourceMap.get(result.getRoleGroupId()).getName()); 
            }
        }
    }
}

集合转 map(不分组)

在 jdk8 中，采用 stream api的方式，我们只需要一行代码即可实现，jdk8 将集合转换成Map，其中用户ID作为主键key,如果集合对象有重复的key,以第一个匹配到的为主

public Map<Long, User> getMap(List<User> userList){ 
    Map<Long, User> userMap = userList.stream().collect(Collectors.toMap(User::getUserId, v -> v, (k1,k2) -> k1)); 
    return userMap; 
}

打开Collectors.toMap方法源码，一起来看看到底是啥。

public static <T, K, U> 
Collector<T, ?, Map<K,U>> toMap(Function<? super T, ? extends K> keyMapper, 
                                Function<? super T, ? extends U> valueMapper, 
                                BinaryOperator<U> mergeFunction) { 
    return toMap(keyMapper, valueMapper, mergeFunction, HashMap::new); 
}

参数表可以看出：

• 第一个参数：表示 key
• 第二个参数：表示 value
• 第三个参数：表示某种规则

上文中的Collectors.toMap(User::getUserId, v -> v, (k1,k2) -> k1)，表达的意思就是：

• userId的内容作为key
• v -> v是表示将元素user作为value。
• (k1,k2) -> k1表示如果存在相同的key，将第一个匹配的元素作为内容。

集合转map(分组)

实际的操作中，有一些场景需要我们将相同的key，加入到一个集合，而不是覆盖，哪改如何做呢？而在 jdk8 中，采用 stream api的方式，我们只需要一行代码即可实现。

/** 
 * jdk8 将集合转换成Map，将相同的key，加入到一个集合中，实现分组 
 * @param userList 
 * @return 
 */ 
public Map<Long, List<User>> getMapGroup(List<User> userList){ 
    Map<Long, List<User>> userMap = userList.stream().collect(Collectors.groupingBy(User::getUserId)); 
    return userMap; 
}

分页操作

stream api的强大之处还不仅仅是对集合进行各种组合操作，还支持分页操作。

例如，将如下的数组从小到大进行排序，排序完成之后，从第1行开始，查询10条数据出来，操作如下：

//需要查询的数据 
List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 2, 3, 7, 3, 5,10, 6, 20, 30, 40, 50, 60, 100); 
List<Integer> dataList= numbers.stream().sorted((x, y) -> x.compareTo(y)).skip(0).limit(10).collect(Collectors.toList()); 
System.out.println(dataList.toString());

其中skip参数表示第几行，limit表示查询的数量，类似页容量!

查找与匹配操作

stream api 还支持对集合进行查找，同时还支持正则匹配模式。

allMatch(检查是否匹配所有元素)

• 是否全部元素都大于2

List<Integer> list = Arrays.asList(10, 5, 7, 3); 
boolean allMatch = list.stream() 
        .allMatch(x -> x > 2);
System.out.println(allMatch);
findFirst(返回第一个元素)

• 获取第一个元素

List<Integer> list = Arrays.asList(10, 5, 7, 3); 
Optional<Integer> first = list.stream()
        .findFirst();
Integer val = first.get(); 
System.out.println(val);//输出10

• (可以将流中元素反复结合起来，得到一个值)

List<Integer> list = Arrays.asList(10, 5, 7, 3); 
Integer result = list.stream()
    .reduce(2, Integer::sum); 
System.out.println(result);//输出27，其实相当于2+10+5+7+3，就是一个累加

stream api 支持的操作方法非常多，这里只列举了几种类型，具体在使用的时候，可以参考官网接口文档说明!