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IO流概述

学海无涯yc 发表于 2022/07/20 18:54:23 2022/07/20

【摘要】 1. 引言1.1 传统集合的多步遍历代码几乎所有的集合（如Collection接口或Map接口等）都支持直接或间接的遍历操作。而当我们需要对集合中的元素进行操作的时候，除了必需的添加、删除、获取外，最典型的就是集合遍历。例如：import java.util.ArrayList;import java.util.List;public class Demo { public stati...

1. 引言

1.1 传统集合的多步遍历代码

几乎所有的集合（如Collection接口或Map接口等）都支持直接或间接的遍历操作。而当我们需要对集合中的元素进行操作的时候，除了必需的添加、删除、获取外，最典型的就是集合遍历。例如：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("张无忌");
        list.add("周芷若");
        list.add("赵敏");
        list.add("张强");
        list.add("张三丰");
        for (String name : list) {
            System.out.println(name);
        }
    }
}

输出结果：
张无忌
周芷若
赵敏
张强
张三丰

1.2 循环遍历的弊端

Java 8 的 Lambda 让我们可以更加专注于做什么（What），而不是怎么做（How），这点此前已经结合内部类进行了对比说明。现在，我们仔细体会一下上例代码，可以发现：

for 循环的语法就是“怎么做”
for 循环的循环体才是“做什么”

为什么使用循环？因为要进行遍历。但循环是遍历的唯一方式吗？遍历是指每一个元素逐一进行处理，而并不是从第一个到最后一个顺次处理的循环。前者是目的，后者是方式。

试想一下，如果希望对集合中的元素进行筛选过滤：

将集合A根据条件一过滤为子集B；
然后再根据条件二过滤为子集C。

那怎么办？在 Java 8 之前的做法可能为：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("张无忌");
        list.add("周芷若");
        list.add("赵敏");
        list.add("张强");
        list.add("张三丰");
        List<String> zhangList = new ArrayList<>();
        for (String name : list) {
            if (name.startsWith("张")) {
                zhangList.add(name);
            }
        }
        List<String> shortList = new ArrayList<>();
        for (String name : zhangList) {
            if (name.length() == 3) {
                shortList.add(name);
            }
        }
        for (String name : shortList) {
            System.out.println(name);
        }
    }
}

输出结果：
张无忌
张三丰

这段代码中含有三个循环，每一个作用不同：

首先筛选所有姓张的人；
然后筛选名字有三个字的人；
最后进行对结果进行打印输出。

每当我们需要对集合中的元素进行操作的时候，总是需要进行循环、循环、再循环。这是理所当然的么？不是。循环是做事情的方式，而不是目的。另一方面，使用线性循环就意味着只能遍历一次。如果希望再次遍历，只能再使用另一个循环从头开始。

1.3 Stream的更优写法

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("张无忌");
        list.add("周芷若");
        list.add("赵敏");
        list.add("张强");
        list.add("张三丰");
        list.stream()
                .filter(s -> s.startsWith("张"))
                .filter(s -> s.length() == 3)
                .forEach(System.out::println);
    }
}

输出结果：
张无忌
张三丰

直接阅读代码的字面意思即可完美展示无关逻辑方式的语义：获取流、过滤姓张、过滤长度为3、逐一打印。代码中并没有体现使用线性循环或是其他任何算法进行遍历，我们真正要做的事情内容被更好地体现在代码中。

2. 流式思想概述

这张图中展示了过滤、映射、跳过、计数等多步操作，这是一种集合元素的处理方案，而方案就是一种“函数模型”。图中的每一个方框都是一个“流”，调用指定的方法，可以从一个流模型转换为另一个流模型。而最右侧的数字3是最终结果。

这里的filter 、map 、skip 都是在对函数模型进行操作，集合元素并没有真正被处理。只有当终结方法count执行的时候，整个模型才会按照指定策略执行操作。而这得益于 Lambda 的延迟执行特性。

Stream（流）是一个来自数据源的元素队列

元素是特定类型的对象，形成一个队列。 Java 中的 Stream 并不会存储元素，而是按需计算。
数据源可以是集合，数组等。

和以前的Collection操作不同， Stream操作还有两个基础的特征：

Pipelining：中间操作都会返回流对象本身。这样多个操作可以串联成一个管道，如同流式风格（fluent style）。这样做可以对操作进行优化，比如延迟执行(laziness)和短路( short-circuiting)。
内部迭代：以前对集合遍历都是通过Iterator或者增强for的方式, 显式的在集合外部进行迭代，这叫做外部迭代。 Stream提供了内部迭代的方式，流可以直接调用遍历方法。

当使用一个流的时候，通常包括三个基本步骤：获取一个数据源（source）→ 数据转换→执行操作获取想要的结果，每次转换原有 Stream 对象不改变，返回一个新的 Stream 对象（可以有多次转换），这就允许对其操作可以像链条一样排列，变成一个管道。

3. 获取流

java.util.stream.Stream<T> 是Java 8新加入的最常用的流接口。（这并不是一个函数式接口。）

获取一个流非常简单，有以下几种常用的方式：

所有的Collection集合都可以通过stream()默认方法获取流；
Stream接口的静态方法of()可以获取数组对应的流。

import java.util.*;
import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 把集合转换为stream流
        List<String> list = new ArrayList<>();
        Stream<String> stream1 = list.stream();

        Set<String> set = new HashSet<>();
        Stream<String> stream2 = set.stream();

        Map<String, String> map = new HashMap<>();

        Set<String> keySet = map.keySet();
        Stream<String> stream3 = keySet.stream();

        Collection<String> values = map.values();
        Stream<String> stream4 = values.stream();

        Set<Map.Entry<String, String>> entries = map.entrySet();
        Stream<Map.Entry<String, String>> stream5 = entries.stream();

        // 把数组转换为stream
        Stream<Integer> stream6 = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5);

        // 可变参数可以传递数组
        Integer[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
        Stream<Integer> stream7 = Stream.of(arr);
        String[] arr2 = {"a", "bb", "cc"};
        Stream<String> stream8 = Stream.of(arr2);
    }
}

4. 常用方法

流模型的操作很丰富，这里介绍一些常用的API。这些方法可以被分成两种：

延迟方法：返回值类型仍然是Stream接口自身类型的方法，因此支持链式调用。（除了终结方法外，其余方法均为延迟方法。）
终结方法：返回值类型不再是Stream接口自身类型的方法，因此不再支持类似StringBuilder那样的链式调用。

stream 流属于管道流，只能被消费（使用）一次，前一个 stream 流调用完方法，数据就会流转到下一个 stream 流上，而这时前一个 stream 流已经使用完毕，就会关闭了，所以不能再使用骗一个的 stream 流调用方法了。

4.1 `forEach()`

虽然方法名字叫forEach ，但是与for循环中的“for-each”昵称不同。

void forEach(Consumer<? super T> action);

该方法接收一个Consumer接口函数，会将每一个流元素交给该函数进行处理。

该方法是一个终结方法

import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
        stream.forEach(name -> System.out.println(name));
    }
}

输出结果：
张无忌
张三丰
周芷若

4.2 `filter()`

可以通过filter方法将一个流转换成另一个子集流。方法签名：

Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);

该接口接收一个Predicate函数式接口参数（可以是一个 Lambda 或方法引用）作为筛选条件。

该方法是一个延迟方法

import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若", "赵敏", "张翠山");
        stream.filter(name -> name.startsWith("张")).forEach(System.out::println);
    }
}

输出结果：
张无忌
张三丰
张翠山

4.3 `map()`

如果需要将流中的元素映射到另一个流中，可以使用map 方法。方法签名：

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

该接口需要一个Function函数式接口参数，可以将当前流中的T类型数据转换为另一种R类型的流。

该方法是一个延迟方法

import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream = Stream.of("1", "2", "3", "4", "5");
        stream.map(s -> Integer.parseInt(s)).forEach(System.out::println);
    }
}

输出结果：
1
2
3
4
5

4.4 `count()`

正如旧集合Collection当中的size()方法一样，流提供count()方法来数一数其中的元素个数：

long count();

该方法返回一个long值代表元素个数（不再像旧集合那样是int值）

该方法是一个终结方法

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);
        list.add(5);
        list.add(6);
        list.add(7);
        Stream<Integer> stream = list.stream();
        long count = stream.count();
        System.out.println(count);
    }
}

输出结果：
7

4.5 `limit()`

limit方法可以对流进行截取，只取用前n个。方法签名：

Stream<T> limit(long maxSize);

参数是一个long型，如果集合当前长度大于参数则进行截取；否则不进行操作。

该方法是一个延迟方法

import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        String[] arr = {"美羊羊", "喜羊羊", "懒羊羊", "灰太狼", "红太狼"};
        Stream<String> stream = Stream.of(arr);
        stream.limit(3).forEach(System.out::println);
    }
}

输出结果：
美羊羊
喜羊羊
懒羊羊

4.6 `skip()`

如果希望跳过前几个元素，可以使用skip()方法获取一个截取之后的新流：

Stream<T> skip(long n);

如果流的当前长度大于n，则跳过前n个；否则将会得到一个长度为0的空流。

该方法是一个延迟方法

import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        String[] arr = {"美羊羊", "喜羊羊", "懒羊羊", "灰太狼", "红太狼"};
        Stream<String> stream = Stream.of(arr);
        stream.skip(3).forEach(System.out::println);
    }
}

输出结果：
灰太狼
红太狼

4.7 `concat()`

如果有两个流，希望合并成为一个流，那么可以使用Stream接口的静态方法concat()：

static <T> Stream<T> concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b)

这是一个静态方法，与java.lang.String当中的concat()方法是不同的

import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> stream1 = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若", "赵敏", "张翠山");
        Stream<String> stream2 = Stream.of("美羊羊", "喜羊羊", "懒羊羊", "灰太狼", "红太狼");
        Stream<String> concat = Stream.concat(stream1, stream2);
        concat.forEach(System.out::println);
    }
}

输出结果：
张无忌
张三丰
周芷若
赵敏
张翠山
美羊羊
喜羊羊
懒羊羊
灰太狼
红太狼

4.8 `distinct()`

去除流中重复的元素，其方法签名：

Stream<T> distinct();

该方法是一个延迟方法

import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 1, 2, 3, 3, 4, 5, 5, 6);
        stream.distinct().forEach(System.out::println);
    }
}

输出结果：
1
2
3
4
5
6

4.9 `sorted()`

该方法用于对 stream 流中的元素排序，其方法签名：

Stream<T> sorted();
Stream<T> sorted(Comparator<? super T> comparator);

该方法是一个延迟方法

如果流中的元素的类实现了Comparable接口，即有自己的排序规则，那么可以直接调用sorted()方法对元素进行排序

import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<Integer> stream = Stream.of(3, 7, 2, 9, 5, 8, 1);
        stream.distinct().sorted().forEach(System.out::println);
    }
}

输出结果：
1
2
3
5
7
8
9

如果没有实现Comparable接口，则需要传入比较规则：

import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<Integer> stream = Stream.of(3, 7, 2, 9, 5, 8, 1);
        stream.distinct().sorted((a, b) -> b - a).forEach(System.out::println);
    }
}

输出结果：
9
8
7
5
3
2
1

要知道重写的比较方法，默认情况下是前者-后者这种样式，表示顺序排序，反过来则是降序排序

4.10 `reduce()`

用于组合流中的元素，如求和，求积，求最大值等，其方法签名：

T reduce(T identity, BinaryOperator<T> accumulator);
Optional<T> reduce(BinaryOperator<T> accumulator);
<U> U reduce(U identity, BiFunction<U, ? super T, U> accumulator, BinaryOperator<U> combiner);

该方法是一个终结方法

import java.util.Optional;
import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<Integer> stream1 = Stream.of(3, 7, 2, 9, 5, 8, 1);
        Stream<Integer> stream2 = Stream.of(3, 7, 2, 9, 5, 8, 1);

        Optional<Integer> reduce1 = stream1.reduce((a, b) -> a + b);
        Integer reduce2 = stream2.reduce(10, (a, b) -> a + b);
        
        System.out.println(reduce1);
        System.out.println(reduce2);
    }
}

输出结果：
Optional[35]
45

至于第三种变体，如果你使用了parallelStream， reduce操作是并发进行的，为了避免竞争，每个reduce线程都会有独立的result。 combiner的作用在于合并每个线程的 result，得到最终结果。

import java.util.List;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = List.of(5, 3, 1, 7, 9, 6, 2, 4, 8);
        Integer p = list.parallelStream().reduce(0, (a, b) -> a + b, (m, n) -> m + n);
        System.out.println(p);
    }
}

这里每个线程先通过第二个参数传入的方法分别计算结果，然后通过第三个参数传入的方法来对每组结果进行处理。

简而言之，第二个参数决定每个线程执行如何执行reduce操作，第三个参数决定的对每个线程reduce的结果如何执行reduce。

4.11 `anyMatch()`

流中元素是否存在至少一个元素满足要求

import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<Integer> stream = Stream.of(3, 7, 2, 9, 5, 8, 1);

        boolean b = stream.anyMatch(a -> a < 0);
        System.out.println(b);
    }
}

输出结果：
false

4.12 `allMatch()`

流中元素是否全部满足要求

import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<Integer> stream = Stream.of(3, 21, -2, 9, 5, 8, 1);

        boolean b = stream.allMatch(a -> a > 0);
        System.out.println(b);
    }
}

输出结果：
false

4.13 `noneMatch()`

流中是否没有元素满足要求

import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<Integer> stream = Stream.of(3, 21, 2, 9, 5, 8, 1);

        boolean b = stream.noneMatch(a -> a < 0);
        System.out.println(b);
    }
}

输出结果：
false

4.14 `findAny()`和`findFirst()`

findAny()：找到满足要求的一个元素（使用 stream() 时找到的是第一个元素；使用 parallelStream() 并行时找到的是其中一个元素）
findFirst()：找到满足要求的第一个元素

import java.util.List;
import java.util.Optional;
import java.util.stream.Stream;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<Integer> stream1 = Stream.of(3, 21, -2, 9, 5, 8, 1);
        Stream<Integer> stream2 = Stream.of(7, 21, -2, 9, 5, 8, 1);

        Optional<Integer> first = stream1.findFirst();
        System.out.println(first);

        Optional<Integer> any = stream2.findAny();
        System.out.println(any);

        List<Integer> list = List.of(5, 3, 1, 7, 9, 6, 2, 4, 8);
        Optional<Integer> r = list.parallelStream().findAny();
        System.out.println(r);
    }
}

输出结果：
Optional[3]
Optional[7]
Optional[6]

值得注意的是，这两个方法返回的是一个 Optional 对象，它是一个容器类，能代表一个值存在或不存在

4.15 `boxed()`

将数值流转换为一般流

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.IntStream;

public class Demo{
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = {1, 2, 3, 4, 5};
        IntStream stream = Arrays.stream(a);
        List<Integer> list = stream.map(n -> 10 - n).boxed().collect(Collectors.toList());
    }
}

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IO流概述

1. 引言

1.1 传统集合的多步遍历代码

1.2 循环遍历的弊端

1.3 Stream的更优写法

2. 流式思想概述

3. 获取流

4. 常用方法

4.1 `forEach()`

4.2 `filter()`

4.3 `map()`

4.4 `count()`

4.5 `limit()`

4.6 `skip()`

4.7 `concat()`

4.8 `distinct()`

4.9 `sorted()`

4.10 `reduce()`

4.11 `anyMatch()`

4.12 `allMatch()`

4.13 `noneMatch()`

4.14 `findAny()`和`findFirst()`

4.15 `boxed()`

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1.1 传统集合的多步遍历代码

1.2 循环遍历的弊端

1.3 Stream的更优写法

2. 流式思想概述

3. 获取流

4. 常用方法

4.1 forEach()

4.2 filter()

4.3 map()

4.4 count()

4.5 limit()

4.6 skip()

4.7 concat()

4.8 distinct()

4.9 sorted()

4.10 reduce()

4.11 anyMatch()

4.12 allMatch()

4.13 noneMatch()

4.14 findAny()和findFirst()

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4.4 `count()`

4.5 `limit()`

4.6 `skip()`

4.7 `concat()`

4.8 `distinct()`

4.9 `sorted()`

4.10 `reduce()`

4.11 `anyMatch()`

4.12 `allMatch()`

4.13 `noneMatch()`

4.14 `findAny()`和`findFirst()`

4.15 `boxed()`