Java8-9-Stream介绍与操作方式详解

上一篇系统学了方法引用的几种类型及应用场景，本篇开始我们正式学习Stream。
Java8中的Stream与lambda表达式可以说是相伴相生的，通过Stream我们可以更好的更为流畅更为语义化的操作集合。Stream api都位于java.util.stream包中。其中就包含了最核心的Stream接口，一个Stream实例可以串行或者并行操作一组元素序列，官方文档中给出了一个示例

 * <pre>{@code
 *     int sum = widgets.stream()//创建一个流
 *                      .filter(w -> w.getColor() == RED)//取出颜色是红色的元素
 *                      .mapToInt(w -> w.getWeight())//返回每个红色元素的重量
 *                      .sum();//重量求和
 * }</pre>

Java8中，所有的流操作会被组合到一个 stream pipeline中，这点类似linux中的pipeline概念，将多个简单操作连接在一起组成一个功能强大的操作。一个 stream pileline首先会有一个数据源，这个数据源可能是数组、集合、生成器函数或是IO通道，流操作过程中并不会修改源中的数据；然后还有零个或多个中间操作，每个中间操作会将接收到的流转换成另一个流（比如filter）；最后还有一个终止操作，会生成一个最终结果（比如sum）。流是一种惰性操作，所有对源数据的计算只在终止操作被初始化的时候才会执行。

总结一下流操作由3部分组成
1.源
2.零个或多个中间操作
3.终止操作 （到这一步才会执行整个stream pipeline计算）

创建流的几种方式

//第一种 通过Stream接口的of静态方法创建一个流
Stream<String> stream = Stream.of("hello", "world", "helloworld");
//第二种 通过Arrays类的stream方法，实际上第一种of方法底层也是调用的Arrays.stream(values);
String[] array = new String[]{"hello","world","helloworld"};
Stream<String> stream3 = Arrays.stream(array);
//第三种 通过集合的stream方法，该方法是Collection接口的默认方法，所有集合都继承了该方法
Stream<String> stream2 = Arrays.asList("hello","world","helloworld").stream();

接下来我们看一个简单的需求：将流中字符全部转成大写返回一个新的集合

List<String> list = Arrays.asList("hello", "world", "helloworld");
List<String> collect = list.stream().map(s -> s.toUpperCase()).collect(Collectors.toList());

这里我们使用了Stream的map方法，map方法接收一个Function函数式接口实例，这里的map和Hadoop中的map概念完全一致，对每个元素进行映射处理。然后传入lambda表达式将每个元素转换大写，通过collect方法将结果收集到ArrayList中。

<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);//map函数定义

那如果我们想把结果放到Set中或者替他的集合容器，也可以这样

list.stream().map(s -> s.toUpperCase()).collect(Collectors.toSet());//放到Set中

或者更为通用的

list.stream().map(s -> s.toUpperCase()).collect(Collectors.toCollection(TreeSet::new));//自定义容器类型

我们可以自己制定结果容器的类型Collectors的toCollection接受一个Supplier函数式接口类型参数，可以直接使用构造方法引用的方式。

Stream中除了map方法对元素进行映射外，还有一个flatMap方法

<R> Stream<R> flatMap(Function<? super T, ? extends Stream<? extends R>> mapper);

flatMap从方法命名上可以解释为扁平的map

map方法是将一个容器里的元素映射到另一个容器中。

flatMap方法，可以将多个容器的元素全部映射到一个容器中，即为扁平的map。
看一个求每个元素平方的例子

Stream<List<Integer>> listStream =
                Stream.of(Arrays.asList(1), Arrays.asList(2, 3), Arrays.asList(4, 5, 6));
List<Integer> collect1 = listStream.flatMap(theList -> theList.stream()).
                map(integer -> integer * integer).collect(Collectors.toList());

首先我们创建了一个Stream对象，Stream中的每个元素都是容器List<Integer>类型，并使用三个容器list初始化这个Stream对象，然后使用flatMap方法将每个容器中的元素映射到一个容器中，这时flatMap接收的参数Funciton的泛型T就是List<Integer>类型，返回类型就是T对应的Stream。最后再对这个容器使用map方法求出买个元素的平方。

然后介绍一个用于获取统计信息的方法

//同时获取最大 最小 平均值等信息
List<Integer> list1 = Arrays.asList(1, 3, 5, 7, 9, 11);
IntSummaryStatistics statistics = list1.stream().filter(integer -> integer > 2).mapToInt(i -> i * 2).skip(2).limit(2).summaryStatistics();
System.out.println(statistics.getMax());//18
System.out.println(statistics.getMin());//14
System.out.println(statistics.getAverage());//16

将list1中的数据取出大于2的，每个数进行平方计算，skip(2)忽略前两个，limit(2)再取出前两个，summaryStatistics对取出的这两个数计算统计数据。mapToInt接收一个ToIntFunction类型，也就是接收一个参数返回值是int类型。

接下来看一下Stream中的一个静态方法，generate方法

/**
 * Returns an infinite sequential unordered stream where each element is
 * generated by the provided {@code Supplier}.  This is suitable for
 * generating constant streams, streams of random elements, etc.
 *
 * @param <T> the type of stream elements
 * @param s the {@code Supplier} of generated elements
 * @return a new infinite sequential unordered {@code Stream}
 */
public static<T> Stream<T> generate(Supplier<T> s) {
    Objects.requireNonNull(s);
    return StreamSupport.stream(
            new StreamSpliterators.InfiniteSupplyingSpliterator.OfRef<>(Long.MAX_VALUE, s), false);
}

generate接收一个Supplier，适合生成连续不断的流或者一个全部是随机数的流

Stream.generate(UUID.randomUUID()::toString).findFirst().ifPresent(System.out::println);

使用UUID.randomUUID()::toString 方法引用的方式创建了Supplier，然后取出第一个元素，这里的findFirst返回的是 Optional，因为流中有可能没有元素，为了避免空指针，在使用前 ifPresent 进行是否存在的判断。

最后再学习一下另一个静态方法，iterate

/**
 * Returns an infinite sequential ordered {@code Stream} produced by iterative
 * application of a function {@code f} to an initial element {@code seed},
 * producing a {@code Stream} consisting of {@code seed}, {@code f(seed)},
 * {@code f(f(seed))}, etc.
 *
 * <p>The first element (position {@code 0}) in the {@code Stream} will be
 * the provided {@code seed}.  For {@code n > 0}, the element at position
 * {@code n}, will be the result of applying the function {@code f} to the
 * element at position {@code n - 1}.
 *
 * @param <T> the type of stream elements
 * @param seed the initial element
 * @param f a function to be applied to to the previous element to produce
 *          a new element
 * @return a new sequential {@code Stream}
 */
public static<T> Stream<T> iterate(final T seed, final UnaryOperator<T> f) {
    Objects.requireNonNull(f);
    final Iterator<T> iterator = new Iterator<T>() {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        T t = (T) Streams.NONE;

        @Override
        public boolean hasNext() {
            return true;
        }

        @Override
        public T next() {
            return t = (t == Streams.NONE) ? seed : f.apply(t);
        }
    };
    return StreamSupport.stream(Spliterators.spliteratorUnknownSize(
            iterator,
            Spliterator.ORDERED | Spliterator.IMMUTABLE), false);
}

iterate方法有两个参数，第一个是seed也可以称作种子，第二个是一个UnaryOperator，UnaryOperator实际上是Function的一个子接口，和Funciton区别就是参数和返回类型都是同一种类型

@FunctionalInterface
public interface UnaryOperator<T> extends Function<T, T> {

}

iterate方法第一次生成的元素是UnaryOperator对seed执行apply后的返回值，之后所有生成的元素都是UnaryOperator对上一个apply的返回值再执行apply，不断循环。
f(f(f(f(f(f(n))))))......

//从1开始，每个元素比前一个元素大2，最多生成10个元素
Stream.iterate(1,item -> item + 2).limit(10).forEach(System.out::println);

我们在使用stream api时也要注意一些陷阱，比如下面这个例子

//Stream陷阱 distinct()会一直等待产生的结果去重，将distinct()和limit(6)调换位置，先限制结果集再去重就可以了
IntStream.iterate(0,i -> (i + 1) % 2).distinct().limit(6).forEach(System.out::println);

如果distinct()一直等待那程序会一直执行不断生成数据，所以需要先限制结果集再去进行去重操作就可以了。

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