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Java8中怎么实现Stream流式操作

Java8中怎么实现Stream流式操作，相信很多没有经验的人对此束手无策，为此本文总结了问题出现的原因和解决方法，通过这篇文章希望你能解决这个问题。

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1. 流是什么

流是一种以声明性的方式来处理数据的API

什么是声明性的方式？

就是只声明，不实现，类似抽象方法（多态性）

2. 老板，上栗子

Java8中怎么实现Stream流式操作

下面我们举个栗子，来看下什么是流式操作，然后针对这个栗子，引出后面的相关概念

需求：筛选年龄大于1的猫（猫的1年≈人的5年），并按年龄递增排序，最后提取名字单独存放到列表中

public class BasicDemo {
    public static void main(String[] args) {
      // 以下猫的名字均为真名，非虚构
        List list = Arrays.asList(new Cat(1, "tangyuan"), new Cat(3, "dangdang"), new Cat(2, "milu"));
        // === 旧代码 Java8之前 ===
        List listTemp = new ArrayList<>();
        // 1. 筛选
        for(Cat cat: list){
            if(cat.getAge()>1){
                listTemp.add(cat);
            }
        }
        // 2. 排序
        listTemp.sort(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Cat o1, Cat o2) {
                // 递增排序
                return Integer.compare(o1.getAge(), o2.getAge());
            }
        });
        // 3. 提取名字
        List listName = new ArrayList<>();
        for(Cat cat: listTemp){
            listName.add(cat.getName());
        }
        System.out.println(listName);
        
        // === 新代码 Java8之后 ===
        List listNameNew = list.stream()
          			// 函数式接口 Predicate的 boolean test(T t)抽象方法
                .filter(cat -> cat.getAge() > 1)
								// lambda表达式的方法引用
			          .sorted(Comparator.comparingInt(Cat::getAge))
          			// 函数式接口 Funtion的 R apply(T t)抽象方法
                .map(cat-> cat.getName())
             	  // 收集数据，把流转为集合List
                .collect(Collectors.toList());
        System.out.println(listNameNew);
    }
}
class Cat{
    int age;
    String name;

    public Cat(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
	// 省略getter/setter
}

可以看到，用了流式操作，代码简洁了很多（秒哇）

Q：有的官人可能会想，这跟前面lambda表达式的组合操作有点像啊。

A：你说对了，确实只是像，区别还是很大的。因为lambda表达式的组合操作其实还是属于直接针对集合的操作；

文末会讲到直接操作集合和流式操作的区别，这里先跳过

下面我们基于这个栗子，来分别介绍涉及到的知识点

3. 流的操作步骤

我们先忽略旧版的集合操作（后面介绍流和集合的区别时再说），先来介绍流的操作（毕竟流才是今天的主角嘛）

Java8中怎么实现Stream流式操作

流的操作分三步走：创建流、中间操作、终端操作

流程如下图：

Java8中怎么实现Stream流式操作

这里我们要关注一个很重要的点：

在终端操作开始之前，中间操作不会执行任何处理，它只是声明执行什么操作；

你可以想象上面这个流程是一个流水线：我们这里做个简化处理

  1. 目的：先告诉你，我们要加工瓶装的水（先创建流，告诉你要处理哪些数据）

  2. 再针对这些瓶子和水，来搭建一个流水线：固定瓶子的夹具、装水的水管、拧盖子的爪子、装箱的打包器（中间操作，声明要执行的操作）

  3. 最后按下启动按钮，流水线开始工作（终端操作，开始根据中间操作来处理数据）

Java8中怎么实现Stream流式操作

因为每一个中间操作都是返回一个流（Stream），这样他们就可以一直组合下去（我好像吃到了什么东西？），但是他们的组合顺序是不固定的，流会根据系统性能去选择合适的组合顺序

我们可以打印一些东西来看下：

List list = Arrays.asList(new Cat(1, "tangyuan"), new Cat(3, "dangdang"), new Cat(2, "milu"));
List listNameNew = list.stream()
  .filter(cat -> {
    System.out.println("filter: " + cat);
    return cat.getAge() > 1;
  })
  .map(cat-> {
    System.out.println("map:" + cat);
    return cat.getName();
  })
  .collect(Collectors.toList());

输出如下：

filter: Cat{age=1}
filter: Cat{age=3}
map:Cat{age=3}
filter: Cat{age=2}
map:Cat{age=2}

可以看到，中间操作的filter和map组合到一起交叉执行了，尽管他们是两个独立的操作（这个技术叫作循环合并）

这个合并主要是由流式操作根据系统的性能来自行决定的

既然讲到了循环合并，那下面捎带说下短路技巧

短路这个词大家应该比较熟悉（比如脑子短路什么的），指的是本来A->B->C是都要执行的，但是在B的地方短路了，所以就变成了A->C了

这里的短路指的是中间操作，由于某些原因（比如下面的limit），导致只执行了部分，没有全部去执行

我们来修改下上面的例子（加了一个中间操作limit)：

List list = Arrays.asList(new Cat(1, "tangyuan"), new Cat(3, "dangdang"), new Cat(2, "milu"));
List listNameNew = list.stream()
  .filter(cat -> {
    System.out.println("filter: " + cat);
    return cat.getAge() > 1;
  })
  .map(cat-> {
    System.out.println("map:" + cat);
    return cat.getName();
  })
  // 只加了这一行
  .limit(1)
  .collect(Collectors.toList());

输出如下：

filter: Cat{age=1}
filter: Cat{age=3}
map:Cat{age=3}

可以看到，因为limit(1)只需要一个元素，所以filter过滤时，只要找到一个满足条件的，就会停止过滤操作（后面的元素就放弃了），这个技巧叫做短路技巧

这个就很大程度上体现了中间操作的组合顺序带来的优点：需要多少，处理多少，即按需处理

4. 流的特点

特点有三个：

  • 声明性：简洁，易读，代码行数大大减少（每天有代码行数要求的公司除外）

  • 可复合：更灵活，各种组合都可以（只要你想，只要流有）

  • 可并行：性能更好（不用我们去写多线程，多好）

5. 流式操作和集合操作的区别：

现在我们再来回顾下开头例子中的集合操作：筛选->排序->提取

List listTemp = new ArrayList<>();
// 1. 筛选
for(Cat cat: list){
  if(cat.getAge()>1){
    listTemp.add(cat);
  }
}
// 2. 排序
listTemp.sort(new Comparator() {
  @Override
  public int compare(Cat o1, Cat o2) {
    // 递增排序
    return Integer.compare(o1.getAge(), o2.getAge());
		/**
    * Q：为啥不用减法 return o1.getAge() - o2.getAge()？
    * A：因为减法会有数据溢出的风险
    * 	 如果o1.getAge()为20亿，o2.getAge()为-2亿，那么结果就会超过int的极限21亿多
    **/ 
  }
});
// 3. 提取名字
List listName = new ArrayList<>();
for(Cat cat: listTemp){
  listName.add(cat.getName());
}
System.out.println(listName);

可以看到跟流式操作不一样的有两点：

  1. 集合操作中有一个listTemp临时变量（流式操作没），

  2. 集合操作一直都在处理数据（而流式操作是直到最后一步的终端操作才会去处理数据），依次筛选->排序->提取名字，是顺序执行的

下面我们用表格来列出区别，应该会直观点


流式操作集合操作
功能处理数据为主存储数据为主
迭代方式内部迭代（只迭代一次)，只需声明，不需要实现，流内部自己有实现）外部迭代（可一直迭代）需要自己foreach
处理数据直到终端操作，才会开始真正处理数据（按需处理）一直都在处理数据（全部处理）

用生活中的例子来对比的话，可以用电影来比喻

流就好比在线观看，集合就好本地观看（下载到本地）

总结

  1. 流是什么：

    • 源：数据的来源，比如集合，文件等（本节只介绍了集合的流式操作，因为用的比较多；后面有空再介绍其他的）

    • 数据处理操作：就是流的中间操作，比如filter, map

    • 元素序列：通过流的终端操作，返回的结果集

    • 流是一种以声明性的方式来处理数据的API

    • 流是从支持数据处理操作的源生成的元素序列

  2. 流的操作流程：

    • 创建流 -> 中间操作 -> 终端操作

    • 中间操作只是声明，不真实处理数据，直到终端操作开始才会执行

  3. 循环合并：中间操作会自由组合（流根据系统自己来决定组合的顺序）

  4. 短路技巧：如果中间操作处理的数据已经达到需求，则会立即停止处理数据（比如limit(1)，则当处理完1个就会停止处理）

  5. 流式操作和集合操作的区别：

    • 流按需处理，集合全处理

    • 流主攻数据处理，集合主攻数据存储

    • 流简洁，集合不

    • 流内部迭代（只迭代一次，完后流会消失），集合外部迭代（可一直迭代）

看完上述内容，你们掌握Java8中怎么实现Stream流式操作的方法了吗？如果还想学到更多技能或想了解更多相关内容，欢迎关注创新互联行业资讯频道，感谢各位的阅读！


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