Java8 Stream流操作：集合处理效率提升的20个经典案例

Java技术迷

一. 前言

随着Java的发展，越来越多的企业开始使用JDK1.8 版本。JDK1.8 是自 JDK1.5之后最重要的版本，这个版本包含语言、编译器、库、工具、JVM等方面的十多个新特性。本次文章将着重学习Stream。

Stream 是JDK1.8 中处理集合的关键抽象概念，Lambda 和 Stream 是JDK1.8新增的函数式编程最有亮点的特性了，它可以指定你希望对集合进行的操作，可以执行非常复杂的查找、过滤和映射数据等操作。使用Stream API 对集合数据进行操作，就类似于使用SQL执行的数据库查询。Stream 使用一种类似用 SQL 语句从数据库查询数据的直观方式来提供一种对 Java 集合运算和表达的高阶抽象。Stream API可以极大提高Java程序员的生产力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。

这种风格将要处理的元素集合看作一种流，流在管道中传输，并且可以在管道的节点上进行处理，比如筛选，排序，聚合等。

元素流在管道中经过中间操作（intermediate operation）的处理，最后由最终操作(terminal operation)得到前面处理的结果。

+--------------------+    +------+  +------+  +---+  +-------+
| stream of elements +-----> |filter+-> |sorted+-> |map+-> |collect|
+--------------------+    +------+  +------+  +---+  +-------+

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简而言之，Stream API提供了一种高效且易于使用的处理数据的方式。

二. 什么是Stream

1.Stream（流）是一个来自数据源的元素队列并支持聚合操作。

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。
数据源流的来源。可以是集合，数组，I/O channel，产生器generator 等。
聚合操作类似SQL语句一样的操作，比如filter, map, reduce, find, match, sorted等。

2.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For-Each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，通过访问者模式(Visitor)实现。

特点：
1.Stream 不是数据结构，不会保存数据。
2.Stream 不会修改原来的数据源，它会将操作后的数据保存到另外一个对象中。（保留意见：毕竟peek方法可以修改流中元素）
3.惰性求值，流在中间处理过程中，只是对操作进行了记录，并不会立即执行，需要等到执行终止操作的时候才会进行实际的计算。

三. 关于Stream API

1. Stream API分类

Stream 操作分为中间操作或者终止操作两种，终止操作返回一特定类型的计算结果，而中间操作返回Stream本身，Stream 的操作类型具体分类如下：

解释：

无状态：指元素的处理不受之前元素的影响；
有状态：指该操作只有拿到所有元素之后才能继续下去。
非短路操作：指必须处理所有元素才能得到最终结果；
短路操作：指遇到某些符合条件的元素就可以得到最终结果，如 A || B，只要A为true，则无需判断B的结果。

2. 如何使用Stream流？

使用Stream流分为三步。

创建Stream

一个数据源(如：集合、数组)，获取一个Stream流。

中间操作

一个中间操作链，对数据源(如：集合、数组)的数据进行处理。

终止操作

一个终止操作，执行中间操作链，并产生一个计算结果。

3. Stream的中间操作和结束操作

中间操作

filter：过滤流，过滤流中的元素，返回一个符合条件的Stream

map：转换流，将一种类型的流转换为另外一种流。（mapToInt、mapToLong、mapToDouble 返回int、long、double基本类型对应的Stream）

flatMap：简单的说，就是一个或多个流合并成一个新流。（flatMapToInt、flatMapToLong、flatMapToDouble 返回对应的IntStream、LongStream、DoubleStream流。）

distinct：返回去重的Stream。

sorted：返回一个排序的Stream。

peek：主要用来查看流中元素的数据状态。

limit：返回前n个元素数据组成的Stream。属于短路操作

skip：返回第n个元素后面数据组成的Stream。

结束操作

forEach：循环操作Stream中数据。

toArray：返回流中元素对应的数组对象。

reduce：聚合操作，用来做统计。

collect：聚合操作，封装目标数据。

min、max、count：聚合操作，最小值，最大值，总数量。

anyMatch：短路操作，有一个符合条件返回true。

allMatch：所有数据都符合条件返回true。

noneMatch：所有数据都不符合条件返回true。

findFirst：短路操作，获取第一个元素。

findAny：短路操作，获取任一元素。

forEachOrdered：暗元素顺序执行循环操作。

四. 如何获取Stream流

在 Java 8 中, 集合接口有两个方法来生成流：

stream() − 为集合创建串行流。
parallelStream() − 为集合创建并行流。

1. 常见几种集合流的创建

/**
 * stream，获取各种集合的stream流
 */
@Test
public void testCollectionStream(){
  //List集合 
  List<String> stringList = new ArrayList<>();
  //Set集合
  Set<String> stringSet = new HashSet<>();
  //Map集合
  Map<String,Object> stringObjectMap = new HashMap<>();
  //数组
  String[] stringArray = {"张三三","李四","王五","王五","赵八",};
 
  //通过list获取stream流
  Stream<String> streamList = stringList.stream();
  //通过set获取stream流
  Stream<String> streamSet = stringSet.stream();
  //通过map获取stream流
  Stream<String> streamMap = stringObjectMap.keySet().stream();
  //通过array获取stream流
  Stream<String> streamArray1 = Stream.of(stringArray);
}

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2. 构造流的几种常见方法

@Test
public void testCollectionStream(){
  // 1. Individual values
 Stream stream = Stream.of("a", "b", "c");
  
 // 2. Arrays
 String[] strArray = new String[]{"a", "b", "c"};
 stream = Stream.of(strArray);
 stream = Arrays.stream(strArray);
  
 // 3. Collections
 List<String> list = Arrays.asList(strArray);
 stream = list.stream();
  
}

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五. Stream在代码中的使用方式

关于Stream的常见操作方式，主要分为两大类：中间操作和终止操作，接下来就通过这两大分类，讲解下具体的语法用法。

1. 流的中间操作

1.1 筛选过滤

filter：过滤流中的某些元素

/**
 * filter 方法 ， 返回符合过滤条件的值
 */
@Test
public void testFilter() {
  List<String> list = new ArrayList<>();
  list.add("张三三");
  list.add("李四");
  list.add("王五");
  list.add("孙七");
  list.add("赵八");
  list.stream().filter(e -> e.contains("张")).forEach(System.out::println);
}

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或

filter多个过滤筛选条件

/**
* list集合stream流式操作
*/
@Test
public void testStreamList() {
  List<String> list = new ArrayList<>();
  list.add("张三三");
  list.add("李四");
  list.add("王五");
  list.add("孙七");
  list.add("赵八");
  list.stream().filter(e -> e.startsWith("张")) //过滤所有姓张的人
      .filter(e -> e.length() == 3) //过滤所有姓名是3个字的人
      .forEach(System.out::println); //遍历打印,System.out::println表明System.out调用println打印方法
}

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limit(n)：获取前n个元素

/**
  * limit 方法 ，返回前n个元素数据值组成的Stream。
  */
 @Test
 public void testLimit() {
   List<String> list = new ArrayList<>();
   list.add("张三三");
   list.add("李四");
   list.add("王五");
   list.add("孙七");
   list.add("赵八");
   list.add("王二麻子");
   list.stream().limit(3).forEach(System.out::println); //取前3个
 }

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skip(n)：跳过n元素，配合limit(n)可实现分页

/**
  * skip方法 ，跳过前n个元素的中间流操作，返回剩下的值。
  */
 @Test
 public void testSkip() {
   List<String> list = new ArrayList<>();
   list.add("张三三");
   list.add("李四");
   list.add("王五");
   list.add("孙七");
   list.add("赵八");
   list.add("王二麻子");
   //list.stream().skip(3).forEach(System.out::println); //跳过前3个
   list.stream().skip(3).limit(2).forEach(System.out::println); //skip+limit实现分页
 }

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distinct：通过流中元素的 hashCode() 和 equals() 去除重复元素

/**
  * distinct， 返回去重的Stream
  */
 @Test
 public void testDistinct() {
   List<String> list = new ArrayList<>();
   list.add("张三三");
   list.add("李四");
   list.add("李四");
   list.add("王五");
   list.add("王五");
   list.add("孙七");
   list.add("赵八");
   list.add("王二麻子");
   list.stream().distinct().collect(Collectors.toList()).forEach(System.out::println);
 }

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1.2 排序

sorted()：自然排序，流中元素需实现Comparable接口

/**
  * sorted: 返回一个排序的Stream
  */
 @Test
 public void testSorted() {
   List<String> list = new ArrayList<>();
   list.add("张三三");
   list.add("李四");
   list.add("李四");
   list.add("王五");
   list.add("王五");
   list.add("孙七");
   list.add("赵八");
   list.add("王二麻子");
   list.stream().distinct().sorted().collect(Collectors.toList()).forEach(System.out::println);
 }

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sorted(Comparator com)：定制排序，自定义Comparator排序器

1.3 映射

map：接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，并将其映射成一个新的元素。

/**
  * 遍历map集合，截取substring(2)开始的值
  */
  @Test
  public void testMap() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    Stream<String> stream = list.stream().map(e -> e.substring(2));
    stream.forEach(System.out::println);
  }

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forEach：ForEach流式遍历集合

/**
  * forEach， ForEach流式遍历list集合
  */
 @Test
 public void testForEach() {
   List<String> list = new ArrayList<>();
   list.add("张三三");
   list.add("李四");
   list.add("王五");
   list.add("孙七");
   list.add("赵八");
   list.stream().forEach(System.out::println);
 }

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2. 流的终止操作

2.1 匹配、聚合操作

allMatch：接收一个 Predicate 函数，当流中每个元素都符合该断言时才返回true，否则返回false

/**
  * allMatch：接收一个 Predicate 函数，当流中每个元素都符合该断言时才返回true，否则返回false
  */
 @Test
 public void testAllMatch() {
   List<String> list = new ArrayList<>();
   list.add("张三三");
   list.add("李四");
   list.add("李四");
   list.add("王五");
   list.add("王五");
   list.add("孙七");
   list.add("赵八");
   list.add("王二麻子");
   boolean b = list.stream()
       .allMatch(e -> list.size() > 8);
   System.out.println("b = " + b);
 }

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noneMatch：接收一个 Predicate 函数，当流中每个元素都不符合该断言时才返回true，否则返回false

/**
 * noneMatch: 接收一个 Predicate 函数，当流中每个元素都不符合该断言时才返回true，否则返回false
 */
@Test
public void testNoneMatch() {
  List<String> list = new ArrayList<>();
  list.add("张三三");
  list.add("李四");
  list.add("李四");
  list.add("王五");
  list.add("王五");
  list.add("孙七");
  list.add("赵八");
  list.add("王二麻子");
  boolean b = list.stream().noneMatch(e->e.equals("张三"));
  System.out.println("b = " + b);
}

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anyMatch：接收一个 Predicate 函数，只要流中有一个元素满足该断言则返回true，否则返回false

/**
   * anyMatch：接收一个 Predicate 函数，只要流中有一个元素满足该断言则返回true，否则返回false
   */
  @Test
  public void testAnyMatch() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    boolean b = list.stream().anyMatch(e -> e.equals("王二麻子"));
    System.out.println("b = " + b);
  }

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findFirst：返回流中第一个元素

/**
  * findFirst：返回流中第一个元素
  */
 @Test
 public void testFindFirsth() {
   List<String> list = new ArrayList<>();
   list.add("张三三");
   list.add("李四");
   list.add("李四");
   list.add("王五");
   list.add("王五");
   list.add("孙七");
   list.add("赵八");
   list.add("王二麻子");
   Optional<String> first = list.stream().findFirst();
   System.out.println("first = " + first.get());
 }

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findAny：返回流中的任意元素

/**
 * findAny：返回流中第一个元素
 */
@Test
public void testFindAny() {
  List<String> list = new ArrayList<>();
  list.add("张三三");
  list.add("李四");
  list.add("李四");
  list.add("王五");
  list.add("王五");
  list.add("孙七");
  list.add("赵八");
  list.add("王二麻子");
  Optional<String> any = list.stream().findAny();
  System.out.println("any = " + any.get());
}

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count：返回流中元素的总个数

/**
   * count，获取List集合的长度
   */
  @Test
  public void testCount() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    long count = list.stream().count();
    System.out.println("count = " + count);
    int size = list.size();
    System.out.println("size = " + size);
  }

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2.2 Collector 工具库：Collectors

Collectors

Student s1 = new Student("aa", 10,1);
Student s2 = new Student("bb", 20,2);
Student s3 = new Student("cc", 10,3);
List<Student> list = Arrays.asList(s1, s2, s3);
  
//装成list
List<Integer> ageList = list.stream().map(Student::getAge).collect(Collectors.toList()); // [10, 20, 10]
  
//转成set
Set<Integer> ageSet = list.stream().map(Student::getAge).collect(Collectors.toSet()); // [20, 10]
  
//转成map,注:key不能相同，否则报错
Map<String, Integer> studentMap = list.stream().collect(Collectors.toMap(Student::getName, Student::getAge)); // {cc=10, bb=20, aa=10}
  
//字符串分隔符连接
String joinName = list.stream().map(Student::getName).collect(Collectors.joining(",", "(", ")")); // (aa,bb,cc)
  
//聚合操作
//1.学生总数
Long count = list.stream().collect(Collectors.counting()); // 3
//2.最大年龄 (最小的minBy同理)
Integer maxAge = list.stream().map(Student::getAge).collect(Collectors.maxBy(Integer::compare)).get(); // 20
//3.所有人的年龄
Integer sumAge = list.stream().collect(Collectors.summingInt(Student::getAge)); // 40
//4.平均年龄
Double averageAge = list.stream().collect(Collectors.averagingDouble(Student::getAge)); // 13.333333333333334
// 带上以上所有方法
DoubleSummaryStatistics statistics = list.stream().collect(Collectors.summarizingDouble(Student::getAge));
System.out.println("count:" + statistics.getCount() + ",max:" + statistics.getMax() + ",sum:" + statistics.getSum() + ",average:" + statistics.getAverage());
  
//分组
Map<Integer, List<Student>> ageMap = list.stream().collect(Collectors.groupingBy(Student::getAge));
//多重分组,先根据类型分再根据年龄分
Map<Integer, Map<Integer, List<Student>>> typeAgeMap = list.stream().collect(Collectors.groupingBy(Student::getType, Collectors.groupingBy(Student::getAge)));
  
//分区
//分成两部分，一部分大于10岁，一部分小于等于10岁
Map<Boolean, List<Student>> partMap = list.stream().collect(Collectors.partitioningBy(v -> v.getAge() > 10));
  
//规约
Integer allAge = list.stream().map(Student::getAge).collect(Collectors.reducing(Integer::sum)).get(); //40　　

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六、Stream操作代码

为了方便小伙伴们看到这篇博客时，学习的更加轻松，这里贴出源码，小伙伴们学习是可贴到IDEA运行查看Stream过滤筛选的结果，以此对Stream的流式操作更加熟悉。

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package com.java8.example.chapter3;
 
import org.junit.jupiter.api.Test;
 
import java.util.*;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.Stream;
 
/**
 * @desc: Stream流式操作
 * @author: cao_wencao
 * @date: 2020-09-17 15:24
 */
public class TestStreamList {
 
  /**
   * list集合stream流式操作
   */
  @Test
  public void testStreamList() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.stream().filter(e -> e.startsWith("张")) //过滤所有姓张的人
        .filter(e -> e.length() == 3) //过滤所有姓名是3个字的人
        .forEach(System.out::println); //遍历打印,System.out::println表明System.out调用println打印方法
  }
 
  /**
   * stream，获取各种集合的stream流
   */
  @Test
  public void testCollectionStream() {
    List<String> stringList = new ArrayList<>();
    Set<String> stringSet = new HashSet<>();
    Map<String, Object> stringObjectMap = new HashMap<>();
    String[] stringArray = {"张三三", "李四", "王五", "王五", "赵八",};
 
    //通过list获取stream流
    Stream<String> streamList = stringList.stream();
    //通过set获取stream流
    Stream<String> streamSet = stringSet.stream();
    //通过map获取stream流
    Stream<String> streamMap = stringObjectMap.keySet().stream();
    //通过array获取stream流
    Stream<String> streamArray1 = Stream.of(stringArray);
 
  }
 
  /**
   * forEach， ForEach流式遍历list集合
   */
  @Test
  public void testForEach() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.stream().forEach(System.out::println);
  }
 
  /**
   * filter 方法 ， 返回符合过滤条件的值
   */
  @Test
  public void testFilter() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.stream().filter(e -> e.contains("张")).forEach(System.out::println);
  }
 
  /**
   * 遍历map集合，截取substring(2)开始的值
   */
  @Test
  public void testMap() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    Stream<String> stream = list.stream().map(e -> e.substring(2));
    stream.forEach(System.out::println);
  }
 
  /**
   * count，获取List集合的长度
   */
  @Test
  public void testCount() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    long count = list.stream().count();
    System.out.println("count = " + count);
    int size = list.size();
    System.out.println("size = " + size);
  }
 
  /**
   * limit 方法 ，返回前n个元素数据值组成的Stream。
   */
  @Test
  public void testLimit() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    list.stream().limit(3).forEach(System.out::println); //取前3个
  }
 
  /**
   * skip方法 ，跳过前n个元素的中间流操作，返回剩下的值。
   */
  @Test
  public void testSkip() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    //list.stream().skip(3).forEach(System.out::println); //跳过前3个
    list.stream().skip(3).limit(2).forEach(System.out::println); //skip+limit实现分页
  }
 
  /**
   * collect，将流转化为集合
   */
  @Test
  public void testCollect() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    List<String> collect = list.stream().skip(3).limit(2).collect(Collectors.toList());
    collect.forEach(System.out::println);
  }
 
  /**
   * distinct， 返回去重的Stream
   */
  @Test
  public void testDistinct() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    list.stream().distinct().collect(Collectors.toList()).forEach(System.out::println);
  }
 
  /**
   * sorted: 返回一个排序的Stream
   */
  @Test
  public void testSorted() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    list.stream().distinct().sorted().collect(Collectors.toList()).forEach(System.out::println);
  }
 
  /**
   * anyMatch：接收一个 Predicate 函数，只要流中有一个元素满足该断言则返回true，否则返回false
   */
  @Test
  public void testAnyMatch() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    boolean b = list.stream().anyMatch(e -> e.equals("王二麻子"));
    System.out.println("b = " + b);
  }
 
  /**
   * noneMatch: 接收一个 Predicate 函数，当流中每个元素都不符合该断言时才返回true，否则返回false
   */
  @Test
  public void testNoneMatch() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    boolean b = list.stream().noneMatch(e->e.equals("张三"));
    System.out.println("b = " + b);
  }
 
  /**
   * allMatch：接收一个 Predicate 函数，当流中每个元素都符合该断言时才返回true，否则返回false
   */
  @Test
  public void testAllMatch() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    boolean b = list.stream()
        .allMatch(e -> list.size() > 8);
    System.out.println("b = " + b);
  }
 
  /**
   * findFirst：返回流中第一个元素
   */
  @Test
  public void testFindFirsth() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    Optional<String> first = list.stream().findFirst();
    System.out.println("first = " + first.get());
  }
 
 
  /**
   * findAny：返回流中第一个元素
   */
  @Test
  public void testFindAny() {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("张三三");
    list.add("李四");
    list.add("李四");
    list.add("王五");
    list.add("王五");
    list.add("孙七");
    list.add("赵八");
    list.add("王二麻子");
    Optional<String> any = list.stream().findAny();
    System.out.println("any = " + any.get());
  }
 
  /**
   * max：返回流中元素最大值
   */
  @Test
  public void testMax() {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    list.add(11);
    list.add(22);
    list.add(33);
    list.add(44);
    list.add(55);
    list.add(66);
    list.add(77);
    list.add(88);
    Integer integer = list.stream().max(Integer::compareTo).get();
    System.out.println("integer = " + integer);
  }
 
  /**
   * min：返回流中元素最小值
   */
  @Test
  public void testMin() {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    list.add(11);
    list.add(22);
    list.add(33);
    list.add(44);
    list.add(55);
    list.add(66);
    list.add(77);
    list.add(88);
    Integer integer = list.stream().min(Integer::compareTo).get();
    System.out.println("integer = " + integer);
    list.stream().limit(1).limit(2).distinct().skip(3).filter(f -> f.equals(55)).forEach(System.out::println);
  }
}