Java-函数式编程(三)流(Stream)

流使进程猿可以在抽象层上对集合进行操作。

从外部迭代到内部迭代

什么是外部迭代和内部迭代呢?

个人认为,外和内是相对集合代码而言。

如果迭代的业务执行在应用代码中,称之为外部迭代。

反之,迭代的业务执行在集合代码中,称为内部迭代(函数式编程)。

语言描述可能有点抽象,下面看实例。

1. 外部迭代

调用itrator方法,产生一个新的Iterator对象,进而控制整个迭代过程。

for (Student student:list){
    if (student.getAge()>18){
        result++;
    }
}

  

我们都知道,for其实底层使用的迭代器:

Iterator<Student> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()){
    Student student = iterator.next();
    if (student.getAge()>18){
        result++;
    }
}

  

上面的迭代方法就是外部迭代。

外部迭代缺点:
  1. 很难抽象出复杂操作

  2. 本质上讲是串行化操作。

2. 内部迭代

返回内部迭代中的响应接口:Stream

long count = list.stream().filter(student -> student.getAge() > 18).count();

 

整个过程被分解为:过滤和计数。

要注意:返回的Stream对象不是一个新集合,而是创建新集合的配方。

2.1 惰性求值和及早求值

像filter这样值描述Stream,最终不产生新集合的方法叫做惰性求值
像count这样最终会从Stream产生值的方法叫做及早求值

判断一个操作是惰性操作还是及早求值,只需看它的返回值。如果返回值是Stream,那么是惰性求值;如果返回值是另一个值或者为空,那就是及早求值。这些操作的理想方式就是形成一个惰性求值的链,最后用一个及早求值的操作返回想要的结果。

整个过程跟建造者模式很像,使用一系列的操作后最后调用build方法才返回真正想要的对象。设计模式快速学习(四)建造者模式

那这个过程有什么好处呢:可以在集合类上级联多种操作,但迭代只需要进行一次。

3. 常用操作

3.1 collect(toList())   及早求值

collect(toList())方法由Stream里的值生成一个列表,是一个及早求值操作。

List<String> collect = Stream.of("a", "b", "c").collect(Collectors.toList());

  

Stream.of("a", "b", "c")首先由列表生成一个Stream对象,然后collect(Collectors.toList())生成List对象。

3.2 map

map可以将一种类型的值转换成另一种类型。

List<String> streamMap = Stream.of("a", "b", "c").map(String -> String.toUpperCase()).collect(Collectors.toList());

  

map(String -> String.toUpperCase())将返回所有字母的大写字母的Stream对象,collect(Collectors.toList())返回List。

3.3 filter过滤器

遍历并检查其中的元素时,可用filter

List<String> collect1 = Stream.of("a", "ab", "abc")
        .filter(value -> value.contains("b"))
        .collect(Collectors.toList());

  

3.4 flatMap

如果有一个包含了多个集合的对象希望得到所有数字的集合,我们可以用flatMap

List<Integer> collect2 = Stream.of(asList(1, 2), asList(3, 4))
        .flatMap(Collection::stream)
        .collect(Collectors.toList());

  

Stream.of(asList(1, 2), asList(3, 4))将每个集合转换成Stream对象,然后.flatMap处理成新的Stream对象。

3.5 max和min

看名字就知道,最大值和最小值。

Student student1 = list.stream()
        .min(Comparator.comparing(student -> student.getAge()))
        .get();

  

java8提供了一个Comparator静态方法,可以借助它实现一个方便的比较器。其中Comparator.comparing(student -> student.getAge()可以换成Comparator.comparing(Student::getAge)成为更纯粹的lambda。max同理。

3.6 reduce

reduce操作可以实现从一组值中生成一个值,在上述例子中用到的count、min、max方法事实上都是reduce操作。

Integer reduce = Stream.of(1, 2, 3).reduce(0, (acc, element) -> acc + element);
System.out.println(reduce);
6

 

上面的例子使用reduce求和,0表示起点,acc表示累加器,保存着当前累加结果(每一步都将stream中的元素累加至acc),element是当前元素。

4. 操作集成

  1. collect(toList())方法由Stream里的值生成一个列表

  2. map可以将一种类型的值转换成另一种类型。

  3. 遍历并检查其中的元素时,可用filter

  4. 如果有一个包含了多个集合的对象希望得到所有数字的集合,我们可以用flatMap

  5. max和min

  6. reduce(不常用)

5. 链式操作实战

List<Student> students = new ArrayList<>();
students.add(new Student("Fant.J",18));
students.add(new Student("小明",19));
students.add(new Student("小王",20));
students.add(new Student("小李",22));
List<Class> classList = new ArrayList<>();
classList.add(new Class(students,"1601"));
classList.add(new Class(students,"1602"));
    static class Student{
        private String name;
        private Integer age;
        getter and setter ...and construct ....
    }

    static class Class{
        private List<Student> students;
        private String className;
        getter and setter ...and construct ....
    }

  

这是我们的数据和关系--班级和学生,现在我想要找名字以小开头的学生,用stream链式操作:

List<String> list= students.stream()
                            .filter(student -> student.getAge() > 18)
                            .map(Student::getName)
                            .collect(Collectors.toList());
[小明, 小王, 小李]

  

这是一个简单的students对象的Stream的链式操作实现,那如果我想要在许多个class中查找年龄大于18的对象呢?

6. 实战提升

在许多个class中查找年龄大于18的名字并返回集合。

原始代码:

        
List<String> nameList = new ArrayList<>();
        for (Class c:classList){
            for (Student student:c.getStudents()){
                if (student.getAge()>18){
                    String name = student.getName();
                    nameList.add(name);
                }
            }
        }

        System.out.println(nameList);

  

链式流代码:
如果让你去写,你可能会classList.stream().forEach(aClass -> aClass.getStudents().stream())....去实现?

我刚开始就是这样无脑干的,后来我缓过神来,想起foreach是一个及早求值操作,而且返回值是void,这样的开头就注定了没有结果,然后仔细想想,flatMap不是用来处理不是一个集合的流吗,好了,就有了下面的代码。

List<String> collect = classList.stream()
        .flatMap(aclass -> aclass.getStudents().stream())
        .filter(student -> student.getAge() > 18)
        .map(Student::getName)
        .collect(toList());

  

原始代码和流链式调用相比,有以下缺点

  1. 代码可读性差,隐匿了真正的业务逻辑

  2. 需要设置无关变量来保存中间结果

  3. 效率低,每一步都及早求值生成新集合

  4. 难于并行化处理

7. 高阶函数及注意事项

高阶函数是指接受另外一个函数作为参数,或返回一个函数的函数。如果函数的函数里包含接口或返回一个接口,那么该函数就是高阶函数。

Stream接口中几乎所有的函数都是高阶函数。比如:Comparing  接受一个函数作为参数,然后返回Comparator接口。

Student student = list.stream().max(Comparator.comparing(Student::getAge)).get();

public interface Comparator<T> {}

  

foreach方法也是高阶函数:

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

public interface Consumer<T> {}

  

除了以上还有一些类似功能的高阶函数外,不建议将lambda表达式传给Stream上的高阶函数,因为大部分的高阶函数这样用会有一些副作用:给变量赋值。局部变量给成员变量赋值,导致很难察觉。

这里拿ActionEvent举例子:

Java-函数式编程(三)流(Stream)

关键词:student stream 一个 函数 list 操作 collect 集合 返回 string

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