Java基础(二十六)：Java8 Stream流及Optional类

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Java基础(二十五)：Lambda表达式、方法引用、构造器引用

Java基础(二十六)：Java8 Stream流及Optional类

一、Stream介绍
- 1、什么是Stream
- 2、Stream特点
- 3、Stream的操作三个步骤
二、创建Stream实例
- 1、通过集合创建Stream
- 2、通过数组创建Stream
- 3、通过Stream的of()创建Stream
- 4、创建无限流
三、Stream中间操作
- 1、筛选（filter）
- 2、截断（limit）
- 3、跳过（skip）
- 4、去重（distinct）
- 5、映射（map/flatMap/mapToInt）
- 6、排序（sorted）
- 7、peek 和 forEach
四、Stream终止操作
- 1、匹配（allMatch/anyMatch/noneMatch）
- 2、查找（findFirst/findAny）
- 3、聚合（max/min/count）
- 4、归约（reduce）
- 5、收集(collect)
- - 5.1、归集（toList/toSet/toMap）
  - 5.2、统计（counting/averaging/summing/maxBy/minBy）
  - 5.3、分组（partitioningBy/groupingBy）
  - 5.4、接合（joining）
五、Optional 类
- 1、构建Optional对象
- 2、获取value值，空值的处理
- 3、处理value值，空值不处理不报错

一、Stream介绍

1、什么是Stream

Stream 是数据渠道，用于操作数据源（集合、数组等）所生成的元素序列
Stream和Collection集合的区别
- Collection是一种静态的内存数据结构，讲的是数据；主要面向内存，存储在内存中
- Stream是有关计算的，讲的是计算；面向CPU，通过CPU实现计算

2、Stream特点

Stream自己不会存储元素
Stream不会改变源对象。相反，他们会返回一个持有结果的新Stream
Stream 操作是延迟执行的
- 这意味着他们会等到需要结果的时候才执行
- 即一旦执行终止操作，就执行中间操作链，并产生结果
Stream一旦执行了终止操作，就不能再调用其它中间操作或终止操作了

3、Stream的操作三个步骤

创建 Stream
- 一个数据源（如：集合、数组），获取一个流
中间操作
- 每次处理都会返回一个持有结果的新Stream
- 即中间操作的方法返回值仍然是Stream类型的对象
- 因此中间操作可以是个操作链，可对数据源的数据进行n次处理
- 但是在终结操作前，并不会真正执行
终止操作(终端操作)
- 终止操作的方法返回值类型就不再是Stream了
- 因此一旦执行终止操作，就结束整个Stream操作了
- 一旦执行终止操作，就执行中间操作链，最终产生结果并结束Stream

在这里插入图片描述

二、创建Stream实例

1、通过集合创建Stream

Java8中的Collection接口被扩展，提供了两个获取流的方法：
- default Stream<E> stream() : 返回一个顺序流
- default Stream<E> parallelStream() : 返回一个并行流

@Test
public void test01(){
	List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c", "d");
	//创建顺序流（顺序执行）
	Stream<String> stream = list.stream();
	//创建并行流（多线程并行执行，速度快）
	Stream<String> parallelStream = list.parallelStream();
}

2、通过数组创建Stream

Java8 中的 Arrays 的静态方法 stream() 可以获取数组流：
- public static <T> Stream<T> stream(T[] array): 返回一个流
- public static IntStream stream(int[] array)
- public static LongStream stream(long[] array)
- public static DoubleStream stream(double[] array)

@Test
public void test02(){
    String[] arr = {"hello","world"};
    Stream<String> stream = Arrays.stream(arr); 
}

@Test
public void test03(){
    int[] arr = {1,2,3,4,5};
    IntStream stream = Arrays.stream(arr);
}

3、通过Stream的of()创建Stream

可以调用Stream类静态方法 of(), 通过显示值创建一个流
它可以接收任意数量的参数
- public static<T> Stream<T> of(T… values) : 返回一个流

@Test
public void test04(){
    Stream<Integer> stream = Stream.of(1,2,3,4,5);
    stream.forEach(System.out::println);
}

4、创建无限流

可以使用静态方法 Stream.iterate() 和 Stream.generate(), 创建无限流
- public static<T> Stream<T> iterate(final T seed, final UnaryOperator<T> f)
- public static<T> Stream<T> generate(Supplier<T> s)

@Test
public void test05() {
	// 迭代累加，获取前五个
	Stream<Integer> stream = Stream.iterate(1, x -> x + 2);
	stream.limit(5).forEach(System.out::println);

    System.out.println("**********************************");
    
	// 一直生成随机数，获取前五个
	Stream<Double> stream1 = Stream.generate(Math::random);
	stream1.limit(5).forEach(System.out::println);
}

输出结果：

1
3
5
7
9
**********************************
0.1356905695577818
0.33576714141304886
0.7325647295361851
0.29218866245097375
0.24849848127040652

三、Stream中间操作

多个中间操作可以连接起来形成一个流水线，除非流水线上触发终止操作，否则中间操作不会执行任何的处理
而在终止操作时一次性全部处理，称为“惰性求值”

准备测试数据

// @Data 注在类上，提供类的get、set、equals、hashCode、toString等方法
@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Employee {
	// id
	private int id;
	// 名称
	private String name;
	// 年龄
	private int age;
	// 工资
	private double salary;
}

public class EmployeeData {
	public static List<Employee> getEmployees(){
		List<Employee> list = new ArrayList<>();
		list.add(new Employee(1001, "马化腾", 34, 6000.38));
		list.add(new Employee(1002, "马云", 2, 19876.12));
		list.add(new Employee(1003, "刘强东", 33, 3000.82));
		list.add(new Employee(1004, "雷军", 26, 7657.37));
		list.add(new Employee(1005, "李彦宏", 65, 5555.32));
		list.add(new Employee(1006, "比尔盖茨", 42, 9500.43));
		list.add(new Employee(1007, "任正非", 26, 4333.32));
		list.add(new Employee(1008, "扎克伯格", 35, 2500.32));
		return list;
	}
}

1、筛选（filter）

查询员工表中薪资大于7000的员工信息

// 获取员工集合数据
List<Employee> employeeList = EmployeeData.getEmployees();
Stream<Employee> stream = employeeList.stream();
stream.filter(emp -> emp.getSalary() > 7000).forEach(System.out::println);

2、截断（limit）

获取员工集合数据的前十个员工信息

employeeList.stream().limit(10).forEach(System.out::println);

3、跳过（skip）

返回一个删除前五个员工信息的数据，与limit(n)互补

employeeList.stream().skip(5).forEach(System.out::println);

4、去重（distinct）

通过流所生成元素的hashCode()和equals()去除重复元素
需要重写hashCode和equals方法，否则不能去重

employeeList.add(new Employee(1009, "马斯克", 40, 12500.32));
employeeList.add(new Employee(1009, "马斯克", 40, 12500.32));
employeeList.add(new Employee(1009, "马斯克", 40, 12500.32));
employeeList.add(new Employee(1009, "马斯克", 40, 12500.32));

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

5、映射（map/flatMap/mapToInt）

map：获取员工姓名长度大于3的员工的姓名

//方式1：Lambda表达式
employeeList.stream().map(emp -> emp.getName())
        .filter(name -> name.length() > 3).forEach(System.out::println);
//方式2：方法引用第三种 类 :: 实例方法名
employeeList.stream().map(Employee::getName)
        .filter(name -> name.length() > 3).forEach(System.out::println);

flatMap：当处理嵌套集合时，可以使用flatMap将嵌套集合展平成一个新的Stream

List<List<Integer>> nestedList = Arrays.asList(
        Arrays.asList(1, 2, 3),
        Arrays.asList(4, 5, 6),
        Arrays.asList(7, 8, 9)
);

nestedList.stream()
        .flatMap(item -> item.stream())
        .forEach(System.out::println);

mapToInt：将流中每个元素映射为int类型

// 获取名字长度的总和
List<String> list1 = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Orange", "Grapes");
IntStream intstream = list1.stream().mapToInt(String::length);
int sum = intstream.sum();

mapToDouble：将流中每个元素映射为Double类型
mapToLong：将流中每个元素映射为Long类型

6、排序（sorted）

sorted()：自然排序(从小到大)，流中元素需实现Comparable接口，否则报错

//sorted() 自然排序
Integer[] arr = new Integer[]{345,3,64,3,46,7,3,34,65,68};
String[] arr1 = new String[]{"GG","DD","MM","SS","JJ"};

Arrays.stream(arr).sorted().forEach(System.out::println);
Arrays.stream(arr1).sorted().forEach(System.out::println);

//因为Employee没有实现Comparable接口，所以报错！
employeeList.stream().sorted().forEach(System.out::println);

sorted(Comparator com)：Comparator排序器自定义排序

// 根据工资自然排序（从小到大）
employeeList.stream().sorted(Comparator.comparing(Employee::getSalary))
                .forEach(System.out::println);
// 根据工资倒序（从大到小）  
employeeList.stream().sorted(Comparator.comparing(Employee::getSalary).reversed())
                .forEach(System.out::println);

7、peek 和 forEach

相同点：peek和forEach都是遍历流内对象并且对对象进行一定的操作
不同点：forEach返回void结束Stream操作，peek会继续返回Stream对象

employeeList.stream()
        .map(Employee::getName)
        .peek(System.out::println)
        .filter(name -> name.length() > 3)
        .forEach(System.out::println);

四、Stream终止操作

终端操作会从流的流水线生成结果。其结果可以是任何不是流的值，例如：List、Integer，甚至是 void
流进行了终止操作后，不能再次使用

1、匹配（allMatch/anyMatch/noneMatch）

allMatch(Predicate p)：检查是否匹配所有元素
是否所有的员工的年龄都大于18

boolean allMatch = employeeList.stream().allMatch(emp -> emp.getAge() > 18);

anyMatch(Predicate p)：检查是否至少匹配一个元素
是否存在年龄大于18岁的员工

boolean anyMatch = employeeList.stream().anyMatch(emp -> emp.getAge() > 18);

noneMatch(Predicate p)：检查是否没有匹配所有元素
是不是没有年龄大于18岁的员工，没有返回true，存在返回false

boolean noneMatch = employeeList.stream().noneMatch(emp -> emp.getAge() > 18);

2、查找（findFirst/findAny）

findFirst()：返回第一个元素

Optional<Employee> first = employeeList.stream().findFirst();
Employee employee = first.get();

findAny()：返回当前流中的任意元素

Optional<Employee> any = employeeList.stream().findAny();
Employee employee = any.get();

ps：集合中数据为空，会抛异常No value present，后面会将Optional类的空值处理

3、聚合（max/min/count）

max(Comparator c)：返回流中最大值，入参与排序sorted的比较器一样，必须自然排序
返回最高工资的员工

Optional<Employee> max = employeeList.stream().max(Comparator.comparingDouble(Employee::getSalary));
Employee employee = max.get();

min(Comparator c)：返回流中最小值，入参与排序sorted的比较器一样，必须自然排序
返回最低工资的员工

Optional<Employee> min = employeeList.stream().min(Comparator.comparingDouble(Employee::getSalary));
Employee employee = min.get();

count()：返回流中元素总数
返回所有工资大于7000的员工的个数

long count = employeeList.stream().filter(emp -> emp.getSalary() > 7000).count();

4、归约（reduce）

reduce(BinaryOperator b)：可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回 Optional<T>

// 计算1-10的自然数的和
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
Optional<Integer> reduce6 = list.stream().reduce(Integer::sum);
Integer sum = reduce6.get();

// 计算公司所有员工工资的总和
Optional<Double> reduce7 = employeeList.stream().map(Employee::getSalary).reduce(Double::sum);
Double aDouble = reduce7.get();

reduce(T identity, BinaryOperator b)：可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回 T
T identity：累加函数的初始值
不需要先获取Optional再get()，直接可以获取结果，推荐使用

// 计算1-10的自然数的和
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
Integer reduce1 = list.stream().reduce(0, (x1, x2) -> x1 + x2);
Integer reduce2 = list.stream().reduce(0, (x1, x2) -> Integer.sum(x1, x2));
Integer reduce3 = list.stream().reduce(0, Integer::sum);
// 计算1-10的自然数的乘积
Integer reduce4 = list.stream().reduce(1, (x1, x2) -> x1 * x2);

// 计算公司所有员工工资的总和
Double reduce5 = employeeList.stream().map(Employee::getSalary).reduce(0.0, Double::sum);

5、收集(collect)

collect(Collector c)：将流转换为其他形式，接收一个Collector接口的实现，用于给Stream中元素做汇总的方法
Collector接口中方法的实现决定了如何对流执行收集的操作(如收集到 List、Set、Map)
Collectors实用类提供了很多静态方法，可以方便地创建常见收集器实例，如下

5.1、归集（toList/toSet/toMap）

toList()：把流中元素收集到List
获取所有员工姓名集合

List<String> nameList1 = employeeList.stream().map(Employee::getName).collect(Collectors.toList());
// jdk16以后，collect(Collectors.toList())可以简写为.toList()
List<String> nameList2 = employeeList.stream().map(Employee::getName).toList();

toSet()：把流中元素收集到Set
获取所有员工年龄set集合，可以去重

Set<Integer> ageList = employeeList.stream().map(Employee::getAge).collect(Collectors.toSet());

toMap()：把流中元素收集到Map
Function.identity()：t -> t，相当于参数是什么，返回什么

如下如果key重复，会抛异常java.lang.IllegalStateException: Duplicate key xxx

// key-名称 value-员工对象
Map<String, Employee> employeeNameMap = employeeList.stream()
        .collect(Collectors.toMap(Employee::getName, Function.identity()));
// key-名称 value-工资
Map<String, Double> nameSalaryMap = employeeList.stream()
        .collect(Collectors.toMap(Employee::getName, Employee::getSalary));

toMap的第三个参数则是key重复后如何操作value的内容
key重复可以只要旧的value数据，也可以新的value+旧的value等等

// key-名称 value-员工对象
Map<String, Employee> employeeNameMap = employeeList.stream()
        .collect(Collectors.toMap(Employee::getName, Function.identity(),(oldValue,newValue) -> oldValue));
// key-名称 value-工资
Map<String, Double> nameSalaryMap = employeeList.stream()
        .collect(Collectors.toMap(Employee::getName, Employee::getSalary,(oldValue,newValue) -> oldValue + newValue));

5.2、统计（counting/averaging/summing/maxBy/minBy）

counting()：计算流中元素的个数

Long count = employeeList.stream().collect(Collectors.counting());
// 相当于
Long count2 = employeeList.stream().count();

averagingInt：计算流中元素Integer属性的平均值
averagingDouble：计算流中元素Double属性的平均值
averagingLong：计算流中元素Long属性的平均值
返回值都是Double

Double aDouble = employeeList.stream().collect(Collectors.averagingInt(Employee::getAge));
Double bDouble = employeeList.stream().collect(Collectors.averagingDouble(Employee::getSalary));

summingInt：计算流中元素Integer属性的总和
summingDouble：计算流中元素Double属性的总和
summingLong：计算流中元素Long属性的总和

Integer count = employeeList.stream().collect(Collectors.summingInt(Employee::getAge));
Double total = employeeList.stream().collect(Collectors.summingDouble(Employee::getSalary));

maxBy()：计算流最大值
minBy()：计算流最小值

// 最大值
Optional<Employee> employee = employeeList.stream()
       .collect(Collectors.maxBy(Comparator.comparingDouble(Employee::getSalary)));
// 最小值
Optional<Employee> employee = employeeList.stream()
        .collect(Collectors.minBy(Comparator.comparingDouble(Employee::getSalary)));

summarizingInt()：汇总统计包括总条数、总和、平均数、最大值、最小值

IntSummaryStatistics summaryStatistics = employeeList.stream().collect(Collectors.summarizingInt(Employee::getAge));
System.out.println(summaryStatistics);// IntSummaryStatistics{count=8, sum=263, min=2, average=32.875000, max=65}

5.3、分组（partitioningBy/groupingBy）

partitioningBy()：根据true或false进行分区
将员工按薪资是否高于6000分组

Map<Boolean, List<Employee>> listMap = employeeList.stream()
        .collect(Collectors.partitioningBy(emp -> emp.getSalary() > 6000));

groupingBy()：根据某属性值对流分组，属性为K，结果为V
将员工年龄分组

Map<Integer, List<Employee>> collect = employeeList.stream()
        .collect(Collectors.groupingBy(Employee::getAge));

将员工按年龄分组，再汇总不同年龄的总金额

Map<Integer, Double> collect = employeeList.stream()
        .collect(Collectors.groupingBy(Employee::getAge, Collectors.summingDouble(Employee::getSalary)));

将员工按年龄分组，获取工资集合

Map<Integer, List<Double>> integerListMap = employeeList.stream()
        .collect(Collectors.groupingBy(Employee::getAge, 
                Collectors.mapping(Employee::getSalary, Collectors.toList())));

先按员工年龄分组，再按工资分组

Map<Integer, Map<Double, List<Employee>>> collect = employeeList.stream()
        .collect(Collectors.groupingBy(Employee::getAge, Collectors.groupingBy(Employee::getSalary)));

5.4、接合（joining）

List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
String string = list.stream().collect(Collectors.joining("-"));
// 结果：A-B-C

五、Optional 类

Optional类内部结构（value为实际存储的值）

public final class Optional<T> {
    // 空Optional对象，value为null
    private static final Optional<?> EMPTY = new Optional<>();

    // 实际存储的内容
    private final T value;

    // 私有的构造
    private Optional() {
        this.value = null;
    }
    
	...
}

1、构建Optional对象

@Test
public void optionalTest(){
    Integer value1 = null;
    Integer value2 = 10;
    // 允许传递为null参数
    Optional<Integer> a = Optional.ofNullable(value1);
    // 如果传递的参数是null，抛出异常NullPointerException
    Optional<Integer> b = Optional.of(value2);
    // 空对象，value为null
    Optional<Object> c = Optional.empty();
}

2、获取value值，空值的处理

@Test
public void optionalTest() {
    Integer value1 = null;
    Optional<Integer> a = Optional.ofNullable(value1);
    System.out.println("value值是否为null:" + a.isPresent());
    System.out.println("获取value值,空报错空指针:" + a.get());
    System.out.println("获取value值,空返回默认值0:" + a.orElse(0));
    System.out.println("获取value值,空返回Supplier返回值:" + a.orElseGet(() -> 100));
    System.out.println("获取value值,空抛出异常:" + a.orElseThrow(() -> new RuntimeException("value为空")));
}

3、处理value值，空值不处理不报错

ifPresent方法内会判断不为空才操作

@Test
public void optionalTest() {
    Integer value1 = 10;
    Optional<Integer> a = Optional.ofNullable(value1);
    // 空不处理，非空则根据Consumer消费接口处理
    a.ifPresent(o -> System.out.println("ifPresent value值:" + o)); // 10
    // 空不处理，filter过滤
    a.filter(o -> o > 1).ifPresent(o -> System.out.println("filter value值:" + o)); // 10
    // 空不处理，map映射
    a.map(o -> o + 10).ifPresent(o -> System.out.println("map value值:" + o)); // 20
    // 空不处理，flatMap映射
    a.flatMap(o -> Optional.of(o + 20)).ifPresent(o -> System.out.println("flatMap value值:" + o)); // 30
}