Java 基础学习（十五）集合排序、Lambda和Stream

1 集合排序

1.1 集合排序API

1.1.1 集合排序概述

集合排序是指对一个集合中的元素按照特定规则进行重新排列，以使得集合中的元素按照预定义的顺序呈现。

在集合排序中，通常需要定义一个比较规则，这个比较规则用于决定集合中的元素在排序后的顺序。元素之间的比较可以是数字的大小比较、字符串的字典序比较、对象的属性比较等。

例如，将学生信息集合按照学生的学号排序，按照姓名的字典顺序排序，或者按照生日排序。

在Java中实现集合排序的方式可以分为两大类：

1、使用集合排序API。

2、使用支持自动排序的集合。

一些集合底层使用的数据结构支持自动排序，如红黑树结构

1.1.2 Collections.sort() 方法

Collections是集合的工具类，它提供了很多便于我们操作集合的方法，其中就有用于集合排序的sort方法。该方法的定义为：

void sort(List<T> list)

该方法的作用是对集合元素进行自然排序（按照元素的由小至大的顺序）。

1.1.3 【案例】Collections.sort方法示例

编写代码，测试集合的排序实现。代码示意如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.Random;
public class ListSortDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        Random r = new Random(1);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            list.add(r.nextInt(100));
        }
        // [85, 88, 47, 13, 54, 4, 34, 6, 78, 48]
        System.out.println(list);
        Collections.sort(list);
        // [4, 6, 13, 34, 47, 48, 54, 78, 85, 88]
        System.out.println(list);
    }
}

1.1.4 Comparable接口

在Java中，如果想对某个集合的元素进行排序，有一个前提条件：该集合中的元素必须是Comparable接口的实现类。

Comparable是一个接口，用于定义其子类是可以比较的，该接口有一个用于比较大小的抽象方法：

所有 Comparable 接口的实现类都需要重写 compareTo 方法来定义对象间的比较规则：

int compareTo(T t);

此方法使用当前对象与给定对象进行比较，并要求返回一个整数，这个整数不关心具体的值，而是关注取值范围：

当返回值>0时，表示当前对象比参数给定的对象大
当返回值<0时，表示当前对象比参数给定的对象小
当返回值=0时，表示当前对象和参数给定的对象相等

1.1.5 【案例】Comparable接口示例

编写代码，定义类并实现Comparable接口；然后定义包含该对象的集合，测试其排序效果。代码示意如下：

public class Student implements Comparable<Student>{
    String String name;
    String int age;
    String double score;
    public Student(String name, int age, double score) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.score = score;
    }
    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        // 按年龄的大小排序
        return this.age - o.age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", score=" + score +
                '}';
    }
}
import java.util.*;
public class ListSortDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("Tom", 18, 88.5);
        Student s2 = new Student("Jerry", 16, 95);
        Student s3 = new Student("Lucy", 17, 100);
        System.out.println("s1 compareTo s2:" + s1.compareTo(s2));
        System.out.println("s2 compareTo s3:" + s2.compareTo(s3));
        List<Student> list = Arrays.asList(s1,s2,s3);
        // 排序
        Collections.sort(list);
        // 查看list中的元素
        for(Student s : list){
            System.out.println(s); // Jerry, Lucy, Tom
        }
    }
}

1.1.6 Comparator接口

一旦Java类实现了 Comparable 接口，其比较逻辑就已经确定；如果希望在排序的操作中临时指定比较规则，可以通过声明 Comparator 接口的实现类来实现。

Comparator 接口也用于定义比较逻辑，可用于在集合外部提供元素的比较逻辑。对比如下图所示：

因此，实现了 Comparator 接口的类可以看作是定义了特定比较逻辑的比较器。

Comparator接口的核心方法是compare方法，用于比较两个元素的大小：

int compare(T o1,T o2)

实现compare方法的返回值要求：

若o1>o2则返回值应>0
若o1<o2则返回值应<0
若o1=o2则返回值应为0

1.1.7 【案例】Comparator接口示例

接续上一个案例：使用Comparator接口，为sort() 方法指定其他比较规则并实现排序。代码示意如下：

import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;
public class ListSortDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("Tom", 18, 88.5);
        Student s2 = new Student("Jerry", 16, 95);
        Student s3 = new Student("Lucy", 17, 100);
        List<Student> list = Arrays.asList(s1,s2,s3);
        // 排序 指定新的比较逻辑 按分数排序
        System.out.println("====> 按分数排序后的结果");
        Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                return (int) Math.ceil(o1.score - o2.score);
            }
        });
        // 查看list中的元素
        for(Student s : list){
            System.out.println(s); // Tom, Jerry, Lucy
        }
        // 排序 指定新的比较逻辑 按分数降序排序
        System.out.println("====> 按分数降序排序后的结果");
        Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                return (int) Math.ceil(o2.score - o1.score);
            }
        });
        // 查看list中的元素
        for(Student s : list){
            System.out.println(s); // Lucy, Jerry, Tom
        }
        // 排序 指定新的比较逻辑 按姓名排列
        System.out.println("====> 按姓名排序后的结果");
        Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                // String和包装类都实现了Comparable接口
                return o1.name.compareTo(o2.name);
            }
        });
        // 查看list中的元素
        for(Student s : list){
            System.out.println(s); // Jerry, Lucy, Tom
        }
    }
}

1.1.8 Comparator接口中的默认方法

在Java 8之前，接口中只能定义抽象方法，也就是只能定义方法的签名，而没有具体的实现。

Java 8引入了默认方法（Default Method）的概念，它是一种可以在接口中定义具体实现的方法。默认方法的引入使得Java的接口可以更好地支持类库的演化和功能的扩展。

Comparator 接口在Java 8及以后的版本中引入了一些默认方法，这些方法提供了更多的灵活性和便利性。

以下是Comparator 接口中常用的默认方法：

1、reversed()：该方法返回当前比较器的逆序比较器。它将原来的比较规则进行颠倒，使得升序排序变为降序排序，反之亦然。

2、thenComparing(Comparator<? super T> other)：该方法返回一个组合比较器，用于对两个比较规则进行联合排序。如果原始比较器认为两个元素相等，则使用传入的 other 比较器进一步比较。

1.1.9 【案例】Comparator默认方法示例

import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;
public class ListSortDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("Tom", 18, 88.5);
        Student s2 = new Student("Jerry", 16, 95);
        Student s3 = new Student("Lucy", 17, 100);
        Student s4 = new Student("Alice", 17, 96);
        List<Student> list = Arrays.asList(s1,s2,s3,s4);
        // 声明年龄升序比较器
        Comparator<Student> c1 = new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                return o1.age - o2.age;
            }
        };
        // 声明年龄降序比较器
        Comparator<Student> c2 = c1.reversed();
        // 测试效果
        System.out.println("====> 按年龄升序排序后的结果");
        Collections.sort(list, c1);
        printList(list);
        System.out.println("====> 按年龄降序排序后的结果");
        Collections.sort(list, c2);
        printList(list);
        // 声明分数升序比较器
        Comparator<Student> c3 = new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                return (int) Math.ceil(o1.score - o2.score);
            }
        };
        // 组合比较器：先按年龄降序，年龄相同按分数升序
        Comparator<Student> c4 = c2.thenComparing(c3);
        // 测试效果
        System.out.println("====> 按年龄降序，年龄相同按分数升序排序后的结果");
        Collections.sort(list, c4);
        printList(list);
    }
    public static void printList(List<Student> list) {
        for(Student s : list){
            System.out.println(s);
        }
    }
}

1.2 自动排序的集合

1.2.1 树数据结构

树（Tree）是一种常见的非线性数据结构，它由一组节点（Node）和节点之间的连接关系（边，Edge）组成。树的结构类似于自然界中的树，由根节点、分支节点和叶子节点构成，分支节点连接多个子节点，而叶子节点没有子节点。

1.2.2 二叉搜索树

二叉搜索树（Binary Search Tree, BST）满足以下条件：

1、对于根节点，左子树中所有节点的值 < 根节点的值 < 右子树中所有节点的值

2、任意节点的左、右子树也是二叉搜索树，即同样满足条件 1

这个特性使得在二叉搜索树中进行查找操作非常高效。在理想的情况下，二叉搜索树是“平衡”的，这样就可以在logn轮循环内查找任意节点。

BST的插入和删除操作也相对简单，但它没有强制性的自平衡机制，可能导致树的不平衡性，如果二叉树退化成链表，这时各种操作的时间复杂度也会退化为O(n)。

1.2.3 红黑树

红黑树（Red-Black Tree）是一种自平衡的二叉搜索树，它在普通二叉搜索树的基础上添加了额外的规则来保持树的平衡。红黑树的命名源自于每个节点都有一个颜色属性，可以是红色或黑色。

红黑树通过遵守以下五条规则来保持树的平衡性：

每个节点要么是红色，要么是黑色
根节点是黑色
每个叶子节点（NIL节点）都是黑色
如果一个节点是红色的，则其两个子节点必须都是黑色的
从任意节点到其每个叶子节点的简单路径上，黑色节点的数量相同

示意如下：

1.2.4 TreeMap

在Java中，TreeMap 是一种实现了 SortedMap 接口的有序映射集合。它基于红黑树（Red-Black Tree）数据结构来实现，可以确保其中的元素按照键的自然顺序或者自定义比较器进行排序。TreeMap 提供了一系列方法来操作键值对，具有快速查找、插入和删除的特性。

以下是 TreeMap 的一些特点和用法：

1、键的有序性：TreeMap 中的键是有序的，这是因为它基于红黑树来实现。键的排序可以是键类型的自然顺序，或者通过传入的 Comparator 对象来定义。

2、查找效率：由于红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，TreeMap 中的查找、插入和删除操作的时间复杂度都是 O(log n)，其中 n 是映射中键值对的数量。

3、允许 null 键：TreeMap 允许 null 键，但要注意在自定义比较器中处理 null 键的情况，否则可能导致异常。

TreeMap充分发挥了二叉搜索树的特点，为用户提供了一些与Key元素大小相关的方法。

1.2.5【案例】TreeMap示例

编写代码，测试TreeMap的使用。代码示意如下：

import java.util.Map;
import java.util.SortedMap;
import java.util.TreeMap;
public class TreeMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TreeMap<Integer, String> treeMap = new TreeMap();
        treeMap.put(5,"Tom");
        treeMap.put(3,"Jerry");
        treeMap.put(9,"Lucy");
        treeMap.put(2,"Tony");
        // 遍历TreeMap
        for(Map.Entry<Integer, String> entry : treeMap.entrySet()){
            System.out.println("key: " + entry.getKey()+", value: " + entry.getValue());
        }
        System.out.println("------------");
        // 返回临近的高值键值对
        Map.Entry<Integer,String> entry1 = treeMap.higherEntry(8);
        System.out.println("higherEntry(8): "+entry1);
        // 返回临近的低值键值对
        Map.Entry<Integer,String> entry2 = treeMap.lowerEntry(8);
        System.out.println("lowerEntry(8): "+entry2);
        System.out.println("------------");
        // 获取子集 key在 from和to之间，默认包前不包后
        SortedMap<Integer,String> subMap1 = treeMap.subMap(3,5);
        System.out.println("subMap(3, 5): "+subMap1);
        // 可设置是否包含边界
        System.out.println("------------");
        System.out.println("subMap(3, 5) include: "+treeMap.subMap(3, true, 9, true));
        // 返回逆序的集合
        System.out.println("------------");
        System.out.println("desc: "+treeMap.descendingMap());
    }
}

1.2.6 TreeSet

在Java中，TreeSet 是一种实现了 SortedSet 接口的有序集合。它底层使用一个TreeMap的Key来存储所有的元素。TreeSet 中不允许包含重复的元素。

1.2.7【案例】TreeSet示例

编写代码，测试TreeSet的使用。代码示意如下：

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;
public class TreeSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Employee e1 = new Employee("Tom",18);
        Employee e2 = new Employee("Jerry",16);
        Employee e3 = new Employee("Lucy",13);
        Employee e4 = new Employee("Tony",20);
        TreeSet<Employee> set1 = new TreeSet();
        set1.add(e1);
        set1.add(e2);
        set1.add(e3);
        set1.add(e4);
        System.out.println("set1: "+set1);
        Comparator<Employee> cpt = new Comparator<Employee>() {
            @Override
            public int compare(Employee o1, Employee o2) {
                return o1.name.compareTo(o2.name);
            }
        };
        TreeSet<Employee> set2 = new TreeSet(cpt);
        set2.addAll(set1);
        System.out.println("set2: "+set2);
    }
}
class Employee implements Comparable<Employee> {
    String name;
    int age;
    public Employee(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public int compareTo(Employee o) {
        System.out.println(this.age + " compareTo" + o.age );
        return this.age - o.age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Employee{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

2 Lambda和Stream

2.1 Lambda表达式

2.1.1 什么是Lambda表达式

Java Lambda表达式是Java编程语言中的一个功能，它允许您将代码块作为参数传递给方法或作为返回值从方法中返回。Lambda表达式是一个匿名函数，它没有名称，但它可以像普通方法一样传递参数并执行代码。

Lambda表达式的语法类似于函数式编程语言中的函数定义，使用箭头符号"->"来将参数列表和函数体分开。Lambda表达式通常用于简化代码，特别是在使用函数接口（Functional Interface）时，它允许您使用更少的代码来定义方法。

2.1.2 函数接口（Functional Interface）

函数式接口是Java 8中引入的一个概念，它是指只有一个抽象方法的接口。由于只有一个抽象方法，因此函数式接口可以看作是一个函数类型，可以用Lambda表达式来表示。函数式接口的特点是允许使用Lambda表达式来创建该接口的实例。

由于函数式接口只有一个抽象方法，因此可以用@FunctionalInterface注解来标识它们。这个注解可以帮助开发人员检查接口是否符合函数式接口的要求。这个注解不是必须标注的注解！

例如，以下代码定义了函数式接口，并在其中定义一个抽象方法：

@FunctionalInterface
public interface  MyFunction {
    int apply(int x, int y);
}

使用Lambda表达式作为函数式接口的实现：

MyFunction add = (a, b)-> a + b;
int result = add.apply(2,3);
System.out.println(result); // 结果为5

2.1.3 【案例】Lambda的基本使用

测试Lambda表达式的使用，代码示意如下：

@FunctionalInterface
public interface  MyFunction {
    int apply(int x, int y);
}
public class LamdbaDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyFunction add = (a,b)-> a + b;
        int result = add.apply(2, 3);
        System.out.println(result);
    }
}

上述代码中，Lambda表达式被赋值给一个函数式接口类型的变量add；然后可以像一个方法一样被调用：将参数2和3传递给Lambda表达式，它将返回这两个数字的和5。

这个Lambda表达式的返回类型是int，与MyFunction接口中定义的apply方法的返回类型相匹配。

2.1.4 Lambda完整语法

Lambda的使用示例如下：

MyFunction add = (x, y) -> x + y;

语法形如：

(参数) -> {主体}

Lambda表达式有以下组成部分：

1、参数列表：(x, y)

Lambda表达式的参数列表可以为空，或包含一个或多个参数，参数类型可以显式指定，也可以由编译器根据上下文推断得出。如果只有一个参数时候，可以省略括号 ()。

2、箭头：->

箭头符号将参数列表和Lambda表达式的主体分开。箭头左侧表示参数列表，箭头右侧表示Lambda表达式的主体。

3、主体：x + y

Lambda表达式的主体可以是一个表达式，也可以是一段代码块。如果主体是一个表达式，则不需要使用return关键字返回结果。如果主体是一段代码块，则需要使用{}囊括代码块，并且使用return语句返回结果。

4、返回值

Lambda表达式的返回值类型，和函数式接口的apply方法的返回类型一致，否则会出现编译错误。

例如，对于只有一个参数的函数式接口：

public interface MyFunction1 {
    int apply(int x);
}

可以使用Lambda表达式来计算任何整数的平方。由于Lambda表达式只有一个参数，因此我们不需要使用括号将参数括起来，例如：

public class LambdaDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //只有一个参数时候，可以省略参数 ()
        MyFunction1 square = x -> x*x;
        int result = square.apply(3);
        System.out.println(result); // 输出 9
    }
}

下面是一个多行语句实现的Lambda表达式的例子：

public class LambdaDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        MyFunction1 factorial = x -> {
            int result = 1;
            for (int i = 1; i <= x; i++) {
                result *= i;
            }
            return result;
        };
        int result = factorial.apply(5);
        System.out.println(result); // 输出 120
    }
}

这个Lambda表达式实现了函数式接口MyFunction，其中apply方法接受一个整数参数并返回一个整数。这个Lambda表达式有一个参数x，它的主体包含了多个语句，用于计算参数的阶乘。

在Lambda表达式的主体中，我们首先声明一个变量result，并将其初始化为1。然后，我们使用for循环计算参数x的阶乘，并将结果存储在result变量中。最后，我们使用return语句返回结果。

我们可以使用这个Lambda表达式来计算任何整数的阶乘，例如我们传入整数5给Lambda表达式，它返回5的阶乘值120，并将结果打印到控制台。由于Lambda表达式包含多个语句，因此我们需要使用花括号将语句块括起来，并使用return语句返回结果。

2.1.5 【案例】使用Lambda过滤文件夹内容

本案例需要实现：过滤文件夹中以“M”为开头的文件。

Java中的FileFilter是功能性接口，其接口声明为：

@FunctionalInterface
public interface FileFilter {
    boolean accept(File pathname);
}

方式一：用内部类实现

import java.io.File;
import java.io.FileFilter;
public class FilterFiles1 {
    public static void main(String[] args) {
        File folder = new File("./src/jaf_07");
        // 使用内部类实现文件过滤器
        FileFilter fileFilter = new FileFilter() {
            @Override
            public boolean accept(File file) {
                return file.isFile() && file.getName().startsWith("M");
            }
        };
        // 获取过滤后的文件列表
        File[] filteredFiles = folder.listFiles(fileFilter);
        // 输出过滤后的文件列表
        for (File file : filteredFiles) {
            System.out.println(file.getName());
        }
    }
}

方式二：用 Lambda 表达式实现

import java.io.File;
public class FilterFiles2 {
    public static void main(String[] args) {
        File folder = new File("./src/jaf_07");
        // 使用 Lambda 表达式实现文件过滤器
        File[] filteredFiles = folder.listFiles(file -> file.isFile() && 
                                        file.getName().startsWith("M"));
        // 输出过滤后的文件列表
        for (File file : filteredFiles) {
            System.out.println(file.getName());
        }
    }
}

两种写法的功能都是一样的，都是过滤文件夹中以 "M" 为开头的文件。但是，Lambda 写法相比内部类写法更加简洁和易读。Lambda 表达式可以将代码压缩到一行中，避免了冗长的内部类语法。此外，Lambda 表达式具有更高的可读性，因为它们强调了操作的目的而不是实现。Lambda 表达式还可以使代码更加函数式，这使得它们更容易与其他函数式编程技术和库进行交互。

Java Lambda表达式有以下好处：

简化代码：Lambda表达式可以让代码更简洁，减少了样板代码，使代码更易读
增加可读性：Lambda表达式可以使代码更易读和易懂，通过Lambda表达式可以将方法的逻辑和关键代码部分更加清晰地表达出来
提高可维护性：使用Lambda表达式可以减少代码中的重复性，使代码更易于维护
支持函数式编程：Lambda表达式支持函数式编程，可以方便地使用函数式接口进行函数组合，从而更加简洁地表达程序逻辑
并行编程支持：Lambda表达式可以支持并行编程，可以使用Java Stream API来处理大规模数据集合
提高性能：Lambda表达式的执行效率比传统的匿名内部类更高

总之，Lambda表达式是Java 8中最受欢迎和强大的新特性之一。它们使Java编程语言更具现代化，更加灵活，并提供了更强大的编程工具，以更好地支持现代应用程序开发。

2.1.6 函数引用

Java 8 引入了函数引用（Method references）的概念，使得我们可以更方便地使用已有的方法或构造函数作为 Lambda 表达式。函数引用可以简化代码，使得代码更加简洁易懂。

Java 函数引用的语法形式为：

 持有者::方法名

其中，“持有者”可以是类或对象，“方法名”则根据具体情况分为4种。

函数引用可以分为以下四种类型：

静态方法引用：引用一个已有的静态方法，例如：Math::abs
实例方法引用：引用一个已有的实例类型方法，例如：String::length
对象方法引用：引用一个已有的实例对象方法，例如：out::println
构造函数引用：引用一个已有的构造函数（使用较少），例如：ArrayList::new

2.1.7 函数引用类型

1、Object::instanceMethod

实例方法引用，使用一个对象的实例方法作为函数接口的实现。代码示意如下：

import java.util.function.Function;
public class MethodRefDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //使用字符串对象 str 的 charAt 方法作为 Function 接口的实现，返回第 6 个字符。
        String str = "Hello World";
        Function<Integer, Character> function = str::charAt;
        char c = function.apply(6);
    }
}

上述代码中，使用字符串对象 str 的 charAt 方法作为 Function 接口的实现，返回第 6 个字符。

2、Class::instanceMethod

类方法引用，使用一个类的实例方法作为函数接口的实现。代码示意如下：

import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
public class MethodRefDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        //使用 String 类的 compareToIgnoreCase 方法作为 
        //Collections.sort 方法的比较器，实现对列表的忽略大小写排序。
        List<String> list = Arrays.asList("one", "two", "three");
        Collections.sort(list, String::compareToIgnoreCase);
        System.out.println(list);
    }
}

上述代码中，使用 String 类的 compareToIgnoreCase 方法作为 Collections.sort 方法的比较器，实现对列表的忽略大小写排序。

3、Class::staticMethod

静态方法引用，使用一个类的静态方法作为函数接口的实现。代码示意如下：

import java.util.function.Function;
public class MethodRefDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        //使用 Integer 类的 parseInt 方法作为 Function 接口的实现，将字符串 "123" 转换为整数。
        Function<String, Integer> function = Integer::parseInt;
        int num = function.apply("123");
        System.out.println(num);
    }
}

上述代码中，使用 Integer 类的 parseInt 方法作为 Function 接口的实现，将字符串 "123" 转换为整数。

4、Class::new

构造器引用，使用一个类的构造器作为函数接口的实现。代码示意如下：

//使用ArrayList的构造器函数引用作为Lambda表达式
Supplier<ArrayList<String>> supplier = ArrayList::new;
ArrayList<String> arrayList = supplier.get();
arrayList.add("Tom");
System.out.println(arrayList);

我们定义了一个 Supplier 函数接口的实例，它引用了 ArrayList的默认构造函数。最后我们使用 supplier.get() 方法创建了一个新的 ArrayList对象。

需要注意的是，函数引用只是 Lambda 表达式的一种语法简写形式，本质上还是使用 Lambda 表达式来实现函数接口的实现。在实际使用中，需要根据具体情况选择使用 Lambda 表达式还是函数引用，以实现代码的最佳简洁性和可读性。

函数作为只是 Lambda 表达式的一种语法简写形式，Java 函数引用可以替代 Lambda 表达式的一些场景，特别是当 Lambda 表达式只包含单一方法调用时。

2.1.8 【案例】Lambda示例1

对于一个 List 中的每个元素，打印出它们的值：

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class MethodRefDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = Arrays.asList("Tom", "Jerry", "Andy");
        //使用Lambda输出集合内容, Lambda 中只有一个方法调用
        names.forEach(name -> System.out.println(name));
        //使用函数引用输出集合内容
        names.forEach(System.out::println);
    }
}

上述代码使用了对象方法引用，将 println 方法引用传递给了 forEach 方法，实现了对每个元素的输出。

2.1.9 【案例】Lambda示例2

将一个字符串转换为大写形式：

import java.util.function.Function;
public class MethodRefDemo5 {
    public static void main(String[] args) {
        //使用Lambda表达式将字符串转化为大些
        Function<String, String> upperCase1 = (str) -> str.toUpperCase();
        String s = upperCase1.apply("Tom");
        System.out.println(s);
        //使用函数引用将字符串转化为大写
        Function<String, String> upperCase2 = String::toUpperCase;
        String ss = upperCase2.apply("Tom");
        System.out.println(ss);
    }
}

上述代码使用了实例方法引用，将 toUpperCase 方法引用传递给了 Function 函数式接口，实现了字符串的大写转换。

2.1.10 【案例】Lambda示例3

import jaf.day03.cases.Student;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class MethodRefDemo6 {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("Tom", 18, 88.5);
        Student s2 = new Student("Jerry", 16, 95);
        Student s3 = new Student("Lucy", 17, 100);
        List<Student> list = Arrays.asList(s1,s2,s3);
        // 使用Lambda表达式提供Comparator接口实现
        list.sort((o1,o2)->o1.age-o2.age);
        list.forEach(System.out::println);
    }
}

2.2 Stream API

2.2.1 什么是 Stream API

Java 8 Stream是Java 8中引入的一个新的API，用于处理集合和数组等数据结构的元素。它允许您在数据集上进行功能性操作，例如过滤、映射、排序等，而不需要编写循环或迭代器等底层代码。

Java 8 Stream与集合不同，它并不是一个数据结构，而是一种可操作的流。流可以是无限的，也可以是有限的。在使用流进行操作时，不会改变原始数据集合中的数据，而是返回一个新的流。

Stream API包含了丰富的操作方法，例如过滤、映射、排序、归约等，使得对数据集合进行操作变得非常方便。Java 8 Stream的使用可以极大地简化代码，并提高代码的可读性和可维护性。

2.2.2 初识Stream API

用一个案例来认识StreamAPI的使用：过滤“J”开头的用户名。

方式一：用传统的循环方式处理

   List<String> names = Arrays.asList("John", "Jane", "Bob", "Tom");
        //传统Java编码实现找出J开头的人名
        List<String> jNames = new ArrayList<>();
        for (String name : names){
            if (name.startsWith("J")){
                jNames.add(name);
            }
        }
        System.out.println(jNames);// 输出：[John, Jane]

方式二：用 Stream API

  //使用Stream API实现找出J开头的人名
        List<String> filteredNames = names.stream().filter(name -> name.startsWith("J"))
                .collect(Collectors.toList());
        System.out.println(filteredNames); // 输出：[John, Jane]

上述代码中采用了两种方式实现了过滤“J”开头的用户名，一种是传统for循环方式，另外一种就是Stream API。可以看到使用Stream方式可以大大简化代码。Stream方式中，先使用stream()方法将集合转换为流，然后使用filter()方法筛选以“J”开头的字符串，最后使用collect()方法将筛选后的结果转换为List集合。

2.2.3 常用Stream API方法

Java 8中常用的Stream API主要包括以下几个：

filter：过滤流中的元素，只保留符合条件的元素
map：对流中的元素进行映射，将一个元素映射为另一个元素
flatMap：对流中的元素进行扁平化映射，将一个元素映射为多个元素
sorted：对流中的元素进行排序
distinct：去重，保留流中的不同元素
limit：限制流中元素的数量
skip：跳过流中的前N个元素
forEach：遍历流中的元素
reduce：对流中的元素进行归约，得到一个结果
collect：将流中的元素收集到一个集合中
min和max：找出流中的最小值和最大值
count：统计流中元素的数量
anyMatch、allMatch和noneMatch：判断流中的元素是否满足某个条件
findFirst和findAny：找到流中的第一个元素和任意一个元素
parallel和sequential：切换流的并行和串行模式

上述API定义在集合类和Collectors类上，可以让我们对流进行过滤、映射、排序、去重、统计、归约等常见的操作，并且提供了并行处理的支持，可以充分利用多核处理器的性能，提高程序的执行效率。

2.2.4 Stream API的使用步骤

Java 8 Stream API的使用方法主要分为以下几个步骤：

1、创建流

通过集合、数组或者Stream类中提供的静态方法创建流。例如，通过集合创建流：

List<String> list = Arrays.asList("apple", "banana", "orange");
Stream<String> stream = list.stream();

2、中间操作

对流进行中间操作，可以使用filter、map、flatMap、sorted、distinct、limit、skip等操作。例如，使用filter方法过滤集合中的元素：

stream = stream.filter(s -> s.startsWith("a"));

3、终止操作

对流进行终止操作，可以使用forEach、reduce、collect、min、max、count等操作。例如，使用forEach方法遍历流中的元素：

stream.forEach(System.out::println);

4、并行处理

对于大数据集，可以使用并行流来提高程序的执行效率，可以使用parallel和sequential方法来切换并行和串行模式。例如，使用parallel方法将流转换为并行流：

stream = stream.parallel();

以上是Java 8 Stream API的使用方法，可以通过这些步骤来创建、操作和处理流。需要注意的是，在使用Stream API时，应该避免在操作中修改流中的元素，以免出现意外的结果。

2.2.5 【案例】Stream API的使用示例1：筛选数据

筛选数据：筛选以“J”开头的字符串。代码示意如下：

List<String> names = Arrays.asList("John", "Jane", "Bob", "Tom");
List<String> filteredNames = names.stream().filter(name -> name.startsWith("J"))
        .collect(Collectors.toList());
System.out.println(filteredNames); // 输出：[John, Jane]

上述代码中，使用stream()方法将集合转换为流，然后使用filter()方法筛选以“J”开头的字符串，最后使用collect()方法将筛选后的结果转换为List集合。

2.2.6 【案例】Stream API的使用示例2：映射数据

映射字符串的长度，代码示意如下：

List<String> names = Arrays.asList("John", "Jane", "Bob", "Tom");
List<Integer> nameLengths = names.stream().map(String::length).collect(Collectors.toList());
System.out.println(nameLengths); // 输出：[4, 4, 3, 3]

上述代码中，使用stream()方法将集合转换为流，然后使用map()方法将字符串映射为字符串长度，最后使用collect()方法将映射后的结果转换为List集合。

2.2.7 【案例】Stream API的使用示例3：统计数据

统计数据，代码示意如下：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
long count = numbers.stream().count();
int max = numbers.stream().max(Integer::compare).orElse(0);
int min = numbers.stream().min(Integer::compare).orElse(0);
int sum = numbers.stream().mapToInt(Integer::intValue).sum();
double average = numbers.stream().mapToInt(Integer::intValue).average().orElse(0.0);
System.out.println("Count: " + count); // 输出：Count: 5
System.out.println("Max: " + max); // 输出：Max: 5
System.out.println("Min: " + min); // 输出：Min: 1
System.out.println("Sum: " + sum); // 输出：Sum: 15
System.out.println("Average: " + average); // 输出：Average: 3.0

上述代码中，使用count()方法统计流中元素的个数，使用max()和min()方法求出流中的最大值和最小值，使用sum()方法求出流中元素的总和，使用average()方法求出流中元素的平均值。

2.2.8 【案例】Stream API的使用示例4：排序数据

实现数据排序，代码示意如下：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 2, 1, 5, 4);
List<Integer> sortedNumbers = numbers.stream().sorted().collect(Collectors.toList());
System.out.println(sortedNumbers); // 输出：[1, 2, 3, 4, 5]

上述代码中，使用sorted()方法对流中的元素进行排序，最后使用collect()方法将排序后的结果转换为List集合。

以上是一些Java 8 Stream API的基本案例，这些案例只是展示了Stream API的基本用法，还有更多丰富的操作可以使用，例如归约、去重、分组、分区等。