JDK8新特性 - Stream API及Optional類

Stream 是 Java8 中處理集合的關鍵抽象概念，它可以指定你希望對集合進行的操作，可以執行非常複雜的查找、過濾和映射數據等操作。使用Stream API 對集合數據進行操作，就類似於使用 SQL 執行的數據庫查詢。也可以使用 Stream API 來並行執行操作。簡而言之，Stream API 提供了一種高效且易於使用的處理數據的方式。

Stream是什麼

它是數據渠道，用於操作數據源（集合、數組等）所生成的元素序列。集合講的是數據，流講的是計算。
①Stream 自己不會存儲元素。
②Stream 不會改變源對象。相反，他們會返回一個持有結果的新Stream。
③Stream 操作是延遲執行的。這意味着他們會等到需要結果的時候才執行。

Stream的操作三個步驟

①創建 Stream
一個數據源（如：集合、數組），獲取一個流。
②中間操作
一個中間操作鏈，對數據源的數據進行處理。
③終止操作(終端操作終端操作)
一個終止操作，執行中間操作鏈，並產生結果。

創建Stream

一、由Collection接口創建流

Java8 中的 Collection 接口被擴展，提供了兩個獲取流的方法。

default Stream<E> stream()   // 返回一個順序流
default Stream<E> parallelStream() // 返回一個並行流

// 示例
List<String> list = new ArrayList<String>();
Stream<String> stream = list.stream();   // 順序流
Stream<String> parallelStream = list.parallelStream();  // 並行流

二、由數組創建流

Java8 中的 Arrays 的靜態方法 stream() 可以獲取數組流。

static <T> Stream<T> stream(T[] array)  // 返回一個流

// 示例
Integer[] array = new Integer[10];
Stream<Integer> arrayStream = Arrays.stream(array); 

三、由值創建流

可以使用靜態方法Stream.of(), 通過顯示值創建一個流，它可以接收任意數量的參數。

public static<T> Stream<T> of(T... values) // 返回一個流

// 示例
Stream<String> ofStream = Stream.of("柳成蔭","九月清晨","尋寶遊戲");

四、由函數創建流 - 創建無限流

可以使用靜態方法Stream.iterate() 和Stream.generate(), 創建無限流。

// 迭代
public static<T> Stream<T> iterate(final T seed, final UnaryOperator<T> f);
// 生成
public static<T> Stream<T> generate(Supplier<T> s);

// 示例 - 其中的limit是中間操作 - 截斷流
// 創建無限流 - 迭代
Stream<Integer> iterateStream = Stream.iterate(0, (x) -> x+2).limit(2);  // 種子爲0，每次+2，無限流
iterateStream.forEach(System.out::println);  // 終止操作
// 創建無限流 - 生成
Stream<Double> generateStream = Stream.generate(Math::random).limit(2);
generateStream.forEach(System.out::println);  // 終止操作

篩選與切片

多箇中間操作可以連接起來形成一個流水線流水線，除非流水線上觸發終止操作，否則中間操作不會執行任何的處理處理。而在終止操作時一次性全部處理，稱爲惰性求值處理，稱爲惰性求值。

基礎代碼

List<User> users = Arrays.asList(
		new User("張三",33),
		new User("李四",44),
		new User("王五",55),
		new User("趙六",66),
		new User("田七",77),
		new User("錢八",88),
		new User("孫九",99),
		new User("孫九",99),
		new User("孫九",98)
);

一、filter - 過濾

接收 Lambda ， 從流中排除某些元素。

// 內部迭代
@Test
public void testFilter() {
	// 所有中間操作不會做任何處理，即不會執行任何操作
	Stream<User> filterUser = users.stream()
			.filter(user -> {
				System.out.println("中間操作filter，過濾掉年齡小於55的！");
				return user.getAge() >= 55;
			});
	// 觸發終止操作，所有中間操作會一次性全部執行，惰性求值
	filterUser.forEach(System.out::println);
}

結果：

上面的方法是內部迭代，下面就是外部迭代，也就是使用iterator迭代器。

// 外部迭代
@Test
public void testFilter2() {
	Iterator<User> iterator = users.iterator();
	while(iterator.hasNext()) {
		System.out.println(iterator.next());
	}
}

二、limit - 截斷

使其元素不超過給定數量.

@Test
public void testLimit() {
	// 需求：年齡不小於55歲，且只需要最多3個
	Stream<User> limitStream = users.stream()
			.filter(user -> user.getAge() >= 55)  // 年齡不小於55
			.limit(3);	// 截斷3個
	limitStream.forEach(System.out::println);
}

結果：

三、skip - 跳過元素

跳過元素，返回一個扔掉了前 n 個元素的流。若流中元素不足 n 個，則返回一個空流。與 limit(n)互補.

@Test
public void testSkip() {
	// 需求：跳過前3個,且只要最多3個
	Stream<User> skipStream = users.stream()
			.skip(3)
			.limit(3);
	skipStream.forEach(System.out::println);
}

結果：

四、distinct - 篩選

通過流所生成元素的 hashCode() 和 equals() 去除重複元素。

@Test 
public void testDistinct() {
	// 注意User類中要重寫hashcode和equals方法
	Stream<User> skipStream = users.stream()
			.distinct();
	skipStream.forEach(System.out::println);
}

結果(已去重)：

映射 - Map

一、map

@Test
public void testMap() {
	Stream<String> strStream = users.stream()
			.map(user -> user.getName());
	strStream.forEach(System.out::println);
	
	List<String> strList = Arrays.asList("lcy","jycq","xbyx");
	strList.stream()
		.map(String::toUpperCase).forEach(System.out::println);
}

結果：

二、flatMap

0、在類中創建一個基礎轉換方法

// 將一個字符串轉換成字符類型的流
public static Stream<Character> filterCharacter(String str){
	List<Character> list = new ArrayList<>();
	for (Character ch : str.toCharArray()) {
		list.add(ch);
	}
	return list.stream();
}

1、通過map的方式來連接流

List<String> strList = Arrays.asList("lcy","jycq","xbyx");
Stream<Stream<Character>> stream1 = strList.stream()
      				.map(TestStream2::filterCharacter);
stream1.forEach(s -> s.forEach(System.out::println));

2、通過flatMap的方式來連接流

List<String> strList = Arrays.asList("lcy","jycq","xbyx");
strList.stream().flatMap(TestStream2::filterCharacter).forEach(System.out::println);

兩種方式的結果一致：

排序 - Sorted

@Test
public void testSort() {
	// sorted() 自然排序 - 根據Comparable方法
	users.stream()
		.map(User::getName)
		.sorted()
		.forEach(System.out::println);
	System.out.println("---------------------");
	// sorted(Comparator com) 定製排序
	users.stream()
		.sorted((x,y) -> {
			if(x.getAge() == y.getAge()) {
				return x.getName().compareTo(y.getName());
			}else {
				return Integer.compare(x.getAge(), y.getAge());
			}
		})
		.forEach(System.out::println);
	
}

結果：

歸約 - Reduce

@Test
public void testReduce() {
	List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7);
	// 最開始講0作爲x,1作爲y
	// 後續將x+y的值作爲x，y依次往後挪
	Integer sum = list.stream().reduce(0, (x,y) -> x+y);
	System.out.println(sum);
	
	System.out.println("---------------");
	Optional<Integer> op =users.stream().map(User::getAge).reduce(Integer::sum);
	System.out.println(op.get());
}

結果：

收集 - Collect

Collector 接口中方法的實現決定了如何對流執行收集操作(如收集到 List、Set、Map)。但是 Collectors 實用類提供了很多靜態方法，可以方便地創建常見收集器實例，具體方法與實例如下表：

@Test
// 收集示例
public void testCollect() {
	// 將User對象的name屬性收集到list集合當中
	List<String> list = users.stream().limit(3)
			.map(User::getName).collect(Collectors.toList());
	list.forEach(System.out::println);
	System.out.println("----------------------");
	// 將User對象的name屬性手機到Set集合當中
	Set<String> set = users.stream().limit(3)
			.map(User::getName).collect(Collectors.toSet());
	set.forEach(System.out::println);
	System.out.println("----------------------");
	Set<String> hashSet = users.stream().limit(3)
			.map(User::getName).collect(Collectors.toCollection(HashSet::new));
	hashSet.forEach(System.out::println);
}

Optional類

Optional<T> 類(java.util.Optional) 是一個容器類，代表一個值存在或不存在，原來用 null 表示一個值不存在，現在Optional可以更好的表達這個概念。並且可以避免空指針異常。

Optional.of(T t)         // 創建一個 Optional 實例
Optional.empty()         // 創建一個空的 Optional 實例
Optional.ofNullable(T t) // 若 t 不爲 null,創建 Optional 實例,否則創建空實例
isPresent()              // 判斷是否包含值
orElse(T t)              // 如果調用對象包含值，返回該值，否則返回t
orElseGet(Supplier s)    // 如果調用對象包含值，返回該值，否則返回s獲取的值
map(Function f)          // 如果有值對其處理，並返回處理後的Optional，否則返回 Optional.empty()
flatMap(Function mapper) // 與 map 類似，要求返回值必須是Optional

基本使用

@Test 
public void test3() {
	// 如果參數爲null，就相當於調用了Optional.empty()
	Optional<User> op = Optional.ofNullable(null);
	if(op.isPresent()) {  // 如果不爲null,就打印user對象
		System.out.println(op.get());
	}
	
	// 如果調用對象包含值，返回該值，否則返回T對象
	User user = op.orElse(new User("柳成蔭",22));
	System.out.println(user);
	
	// 如果調用對象包含值，返回該值，否則返回Supplier獲取的值(對象)
	User user1 = op.orElseGet(() -> new User("九月清晨",23));
	System.out.println(user1);
}

map和flatMap

@Test
public void test4() {
	Optional<User> op = Optional.of(new User("柳成蔭",22));
	Optional<String> opString = op.map(User::getName);
	System.out.println(opString.get());
	
	Optional<String> opString1 = op.flatMap(user -> Optional.of(user.getName()));
	System.out.println(opString1.get());
}