Java-函數式編程(三)流(Stream)


流使程序猿可以在抽象層上對集合進行操作。

從外部迭代到內部迭代

什么是外部迭代和內部迭代呢?

個人認為,外和內是相對集合代碼而言。

如果迭代的業務執行在應用代碼中,稱之為外部迭代。

反之,迭代的業務執行在集合代碼中,稱為內部迭代(函數式編程)。

語言描述可能有點抽象,下面看實例。

1. 外部迭代

調用itrator方法,產生一個新的Iterator對象,進而控制整個迭代過程。

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

  

我們都知道,for其實底層使用的迭代器:

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。

外部迭代缺點:
  1. 很難抽象出復雜操作

  2. 本質上講是串行化操作。

2. 內部迭代

返回內部迭代中的響應接口:Stream

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

 

整個過程被分解為:過濾和計數。

要注意:返回的Stream對象不是一個新集合,而是創建新集合的配方。

2.1 惰性求值和及早求值

像filter這樣值描述Stream,最終不產生新集合的方法叫做惰性求值
像count這樣最終會從Stream產生值的方法叫做及早求值

判斷一個操作是惰性操作還是及早求值,只需看它的返回值。如果返回值是Stream,那么是惰性求值;如果返回值是另一個值或者為空,那就是及早求值。這些操作的理想方式就是形成一個惰性求值的鏈,最后用一個及早求值的操作返回想要的結果。

整個過程跟建造者模式很像,使用一系列的操作后最后調用build方法才返回真正想要的對象。設計模式快速學習(四)建造者模式

那這個過程有什么好處呢:可以在集合類上級聯多種操作,但迭代只需要進行一次。

3. 常用操作

3.1 collect(toList())   及早求值

collect(toList())方法由Stream里的值生成一個列表,是一個及早求值操作。

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

  

Stream.of("a", "b", "c")首先由列表生成一個Stream對象,然后collect(Collectors.toList())生成List對象。

3.2 map

map可以將一種類型的值轉換成另一種類型。

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

  

map(String -> String.toUpperCase())將返回所有字母的大寫字母的Stream對象,collect(Collectors.toList())返回List。

3.3 filter過濾器

遍歷並檢查其中的元素時,可用filter

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

  

3.4 flatMap

如果有一個包含了多個集合的對象希望得到所有數字的集合,我們可以用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))將每個集合轉換成Stream對象,然后.flatMap處理成新的Stream對象。

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提供了一個Comparator靜態方法,可以借助它實現一個方便的比較器。其中Comparator.comparing(student -> student.getAge()可以換成Comparator.comparing(Student::getAge)成為更純粹的lambda。max同理。

3.6 reduce

reduce操作可以實現從一組值中生成一個值,在上述例子中用到的count、min、max方法事實上都是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表示起點,acc表示累加器,保存着當前累加結果(每一步都將stream中的元素累加至acc),element是當前元素。

4. 操作整合

  1. collect(toList())方法由Stream里的值生成一個列表

  2. map可以將一種類型的值轉換成另一種類型。

  3. 遍歷並檢查其中的元素時,可用filter

  4. 如果有一個包含了多個集合的對象希望得到所有數字的集合,我們可以用flatMap

  5. max和min

  6. reduce(不常用)

5. 鏈式操作實戰

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 ....
    }

  

這是我們的數據和關系--班級和學生,現在我想要找名字以小開頭的學生,用stream鏈式操作:

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

  

這是一個簡單的students對象的Stream的鏈式操作實現,那如果我想要在許多個class中查找年齡大於18的對象呢?

6. 實戰提升

在許多個class中查找年齡大於18的名字並返回集合。

原始代碼:

        
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);

  

鏈式流代碼:
如果讓你去寫,你可能會classList.stream().forEach(aClass -> aClass.getStudents().stream())....去實現?

我剛開始就是這樣無腦干的,后來我緩過神來,想起foreach是一個及早求值操作,而且返回值是void,這樣的開頭就注定了沒有結果,然后仔細想想,flatMap不是用來處理不是一個集合的流嗎,好了,就有了下面的代碼。

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

  

原始代碼和流鏈式調用相比,有以下缺點

  1. 代碼可讀性差,隱匿了真正的業務邏輯

  2. 需要設置無關變量來保存中間結果

  3. 效率低,每一步都及早求值生成新集合

  4. 難於並行化處理

7. 高階函數及注意事項

高階函數是指接受另外一個函數作為參數,或返回一個函數的函數。如果函數的函數里包含接口或返回一個接口,那么該函數就是高階函數。

Stream接口中幾乎所有的函數都是高階函數。比如:Comparing  接受一個函數作為參數,然后返回Comparator接口。

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

public interface Comparator<T> {}

  

foreach方法也是高階函數:

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

public interface Consumer<T> {}

  

除了以上還有一些類似功能的高階函數外,不建議將lambda表達式傳給Stream上的高階函數,因為大部分的高階函數這樣用會有一些副作用:給變量賦值。局部變量給成員變量賦值,導致很難察覺。

這里拿ActionEvent舉例子:

Java-函數式編程(三)流(Stream)


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