Lambda表达式从入门到玩嗨儿~
Lambda表达式
Java8新引入的语法糖 Lambda表达式*(关于lambda表达式是否属于语法糖存在很多争议,有人说他并不是语法糖,这里我们不纠结于字面表述)*。Lambda表达式是一种用于取代匿名类,把函数行为表述为函数式编程风格的一种匿名函数,这里再重申一下:Lambda表达式的执行结果是函数式接口的一个匿名对象(Lambda表达式的基本语法在初级课程已经讲过,在此不做赘述)。
1. 示例代码
需求:遍历List集合
1.1. 使用Lambda表达式
public class LambdaTest {public static void main(String... args) {List<String> strList = Arrays.asList("马", "士", "兵");strList.forEach(s -> {System.out.println(s);});}
}
1.2. 使用匿名内部类
那么,我们可以使用匿名内部类的形式来实现上述lambda表达式的功能,以下代码的功能一致的:
public class LambdaTest2 {public static void main(String... args) {List<String> strList = Arrays.asList("马", "士", "兵");//通过匿名内部类来代替lambda表达式strList.forEach(new Consumer<String>() {@Overridepublic void accept(String s) {System.out.println(s);}});}
}
2. 示例代码分析
forEach()
是Iterable
接口的一个默认方法,它需要一个Consumer
类型的参数,方法体中是一个for循环,对迭代器的每一个对象进行遍历,处理方法就是调用参数对象的accept()
方法:
default void forEach(Consumer<? super T> action) {Objects.requireNonNull(action);for (T t : this) {action.accept(t);}}
继续查看Consumer
的accept(T)
方法,可以看到Consumer
是一个函数式接口(只有一个抽象方法的接口,java8中称之为函数式接口),只有一个抽象方法accept(T)
。
@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {/*** Performs this operation on the given argument.** @param t the input argument*/void accept(T t);// ...
}
我们对照一下示例代码:
strList.forEach(s -> {System.out.println(s);});
可以大胆的猜测,Lambda表达式
s -> {System.out.println(s);}
相当于是实现了Consumer
接口的一个匿名(内部类)对象,
而大括号里面的内容:System.out.println(s);
相当于重写了accept()
的方法体。
当然,事情远远没有这么简单(想要直接看结论的童鞋请跳转本节最后)。
3. 反编译lambda表达式代码
对包含lambda表达式的class文件进行反编译时需要注意:
jad系列的反编译工具不支持jdk1.8,所以这里使用CFR进行反编译。
cfr下载地址:http://www.benf.org/other/cfr/
语法:
java -jar cfr-0.145.jar LambdaTest.class --decodelambdas false
反编译后可以得到:
import java.io.PrintStream;
import java.lang.invoke.LambdaMetafactory;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.function.Consumer;public class LambdaTest {public static void main(String ... args) {List<String> strList = Arrays.asList("马", "士", "兵");strList.forEach((Consumer<String>)LambdaMetafactory.metafactory(null, null, null, (Ljava/lang/Object;)V, lambda$main$0(java.lang.String ), (Ljava/lang/String;)V)());}private static /* synthetic */ void lambda$main$0(String s) {System.out.println(s);}
}
可以看到,在forEach()
方法中,其实是调用了java.lang.invoke.LambdaMetafactory#metafactory()
方法,该方法的第5个参数implMethod
指定了方法实现。可以看到这里其实是调用lambda$main$0()
方法进行输出。跟踪metafactory()
方法(参数较多,可以跳过):
public static CallSite metafactory(// 调用者(LambdaTest)可访问权限的上下文对象,JVM自动填充MethodHandles.Lookup caller, // 要执行的方法名,即Consumer.accept(),JVM自动填充String invokedName,// 调用点预期的签名(包含目标方法参数类型String和Lambda返回类型Consumer),JVM自动填充MethodType invokedType,// 函数式接口抽象方法的签名, (Object)void,泛型String被擦出,所以是ObjectMethodType samMethodType,// 直接方法句柄,真正被调用的方法,即lambda$main$0,签名为MethodHandle(String)voidMethodHandle implMethod,// 实例化的方法签名,即调用时动态执行的方法签名,// 可能与samMethodType相同,也可能包含了泛型的具体类型,比如(String)voidMethodType instantiatedMethodType) throws LambdaConversionException {AbstractValidatingLambdaMetafactory mf;mf = new InnerClassLambdaMetafactory(caller, invokedType,invokedName, samMethodType,implMethod, instantiatedMethodType,false, EMPTY_CLASS_ARRAY, EMPTY_MT_ARRAY);mf.validateMetafactoryArgs();return mf.buildCallSite();}
其中new InnerClassLambdaMetafactory
看起来是创建了一个Lambda相关的内部类,继续跟踪下去:
public InnerClassLambdaMetafactory(...)throws LambdaConversionException {//....lambdaClassName = targetClass.getName().replace('.', '/') + "$$Lambda$" + counter.incrementAndGet();cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS);//....
}
(省略了一部分代码。)
一看到lambdaClassName
这样的变量名就知道它代表的什么意思——Lambda表达式对应的类名,而ClassWriter
对象cw
,暴露了Lambda表达式的底层实现机制:ASM技术(Assembly,Java字节码操作和分析框架,用于在程序运行时动态生成和操作字节码文件)。在这个构造方法里,初始化了大量的ASM技术需要的成员变量,为后续生成字节码的相关操作完成了一系列的初始化动作。现在大致可以猜测:Lambda表达式底层是通过一个内部类来实现的,这个类由ASM技术在程序运行时动态生成,它实现了函数式接口(例如Consumer等),并重写了对应的抽象方法(如accept)。
4. 验证猜想
回到metafactory()
方法中,跟踪方法结尾的返回语句mf.buildCallSite();
——创建调用点,这才是重点:
/*** Build the CallSite. Generate a class file which implements the functional* interface, define the class, if ...* 创建调用点。定义一个实现了函数式接口的类并生成它的类文件,* @return a CallSite, which, when invoked, will return an instance of the* functional interface* 返回一个调用点,当它执行的时候,将会返回一个函数式接口(Consumer)的实例*/@OverrideCallSite buildCallSite() throws LambdaConversionException {final Class<?> innerClass = spinInnerClass();// 省略部分代码...try {Object inst = ctrs[0].newInstance();return new ConstantCallSite(MethodHandles.constant(samBase, inst));}// ...}
方法的注释非常清晰的告诉我们,这个方法在运行期会返回一个函数式接口的实例,也就是Consumer
接口的匿名对象。
方法体的第一行spinInnerClass()
,就使用ASM技术生成了一个Class文件,然后使用sun.misc.Unsafe
将该类加载到JVM(创建并返回该类的Class对象):
private final ClassWriter cw; // ASM class writer/*** Generate a class file which implements the functional* interface, define and return the class.* 生成一个实现函数式接口的类文件,定义并返回该类的Class实例* @return a Class which implements the functional interface* 返回一个实现函数式接口的Class实例*/private Class<?> spinInnerClass() throws LambdaConversionException {// ....// ClassWriter通过visit方法动态构造类的字节码cw.visit(, , lambdaClassName, null, , interfaces); // 生成接口字节码// ...for ( ; ; ) {cw.visitField( , , , null, null); // 生成域的字节码}generateConstructor(); // 生成构造器字节码// ...cw.visitMethod( , , , null, null); // 生成普通方法字节码// ...cw.visitEnd(); // end// Define the generated class in this VM.final byte[] classBytes = cw.toByteArray();// If requested, dump out to a file for debugging purposesif (dumper != null) { // 转储对象AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {@Overridepublic Void run() {dumper.dumpClass(lambdaClassName, classBytes);return null;}}, null,new FilePermission("<<ALL FILES>>", "read, write"),// createDirectories may need itnew PropertyPermission("user.dir", "read"));}// 使用Unsafe对象定义并返回该内部类字节码文件对象(Class)return UNSAFE.defineAnonymousClass(targetClass, classBytes, null);}
这个方法的后半部分,if (dumper != null)
代码块给我们提供了将该内部类转储到本地磁盘用以调试的可能,在LambdaTest
的main
方法里里添加一行代码,将Lambda表达式对应的内部类转储到指定目录(IDEA):
System.setProperty("jdk.internal.lambda.dumpProxyClasses", "out/production/");
程序运行之后,会将Lambda表达式对应的内部类文件生成出来com.boxuegu.intermediate.language.sugar.lambda.LambdaTest$$Lambda$1
:
反编译这个类,代码如下:
import java.lang.invoke.LambdaForm;
import java.util.function.Consumer;final class LambdaTest$$Lambda$1
implements Consumer { // 实现函数式接口private LambdaTest$$Lambda$1() {}@LambdaForm.Hiddenpublic void accept(Object object) { // 重写抽象方法LambdaTest.lambda$main$0((String)object);}
}
Bingo!
现在我们初步得到了一些结论:
- Lambda表达式底层是用内部类来实现的
- 该内部类实现了*某个(根据Lambda所属的代码指定)*函数式接口,并重写了该接口的抽象方法
- 该内部类是在程序运行时使用ASM技术动态生成的,所以编译期没有对应的.class文件,但是我们可以通过设置系统属性将该内部类文件转储出来
5. Lambda表达式编译和运行过程
至此,我们只窥视了Lambda表达式底层实现的冰山一角。接下来会有一堆概念和过程,慎入!
- Java7在JSR(Java Specification Requests,Java 规范提案) 292中增加了对动态类型语言的支持,使得Java也可以像C语言那样将方法作为参数传递,其实现在
java.lang.invoke
包中。它的核心就是invokedynamic
指令,为后面函数式编程和响应式编程提供了前置支持。 invokedynamic
指令对应的执行方法会关联到一个动态调用点对象(java.lang.invoke.CallSite
),一个调用点(call site)是一个方法句柄(method handle,调用点的目标)的持有者,这个调用点对象会指向一个具体的引导方法(bootstrap method,比如metafactory()
),引导方法成功调用之后,调用点的目标将会与它持有的方法句柄的引用永久绑定,最终得到一个实现了函数式接口(比如Consumer)的对象。- Lambda表达式在编译期进行脱糖(desugar),它的主体部分会被转换成一个脱糖方法(desugared method,即
lambda$main$0
),这是一个合成方法,如果Lambda没有用到外部变量,则是一个私有的静态方法,否则将是个私有的实例方法——synthetic 表示不在源码中显示,并在Lambda所属的方法(比如main方法)中生成invokedynamic
指令。 - 进入运行期,
invokedynamic
指令会调用引导方法metafactory()
初始化ASM生成内部类所需的各项属性,然后由spinInnerClass()
方法组装内部类并用Unsafe加载到JVM,通过构造方法实例化内部类的实例(Lambda的实现内部类的构造是私有的,需要手动设置可访问属性为true),最后绑定到方法句柄,完成调用点的创建。 - 你可以把调用点看成是函数式接口(例如Consumer等)的匿名对象,当然,内部类是确实存在的——比如
final class LambdaTest$$Lambda$1 implements Consumer
。值得注意的是,内部类的实现方法里并没有Lambda表达式的任何操作,它不过是调用了脱糖后定义在调用点目标类(targetClass
,即LambdaTest
类)中的合成方法(即lambda$main$0
)而已,这样做使得内部类的代码量尽可能的减少,降低内存占用,对效率的提升更加稳定和可控。
6. Lambda表达式的语法糖结论
Lambda表达式在编译期脱去糖衣语法,生成了一个“合成方法”,在运行期,invokedynamic
指令通过引导方法创建调用点,过程中生成一个实现了函数式接口的内部类并返回它的对象,最终通过调用点所持有的方法句柄完成对合成方法的调用,实现具体的功能。
Lambda表达式是一个语法糖,但远远不止是一个语法糖。
方法引用
在使用Lambda表达式的时候,我们实际上传递进去的代码就是一种解决方案:拿什么参数做什么操作。那么考虑一种情况:如果我们在Lambda中所指定的操作方案,已经有地方存在相同方案,那是否还有必要再写重复逻辑?
1.冗余的Lambda场景
来看一个简单的函数式接口以应用Lambda表达式:
@FunctionalInterface
public interface Printable{voidprint(Stringstr);
}
在Printable
接口当中唯一的抽象方法print
接收一个字符串参数,目的就是为了打印显示它。那么通过Lambda来使用它的代码很简单:
public class Demo01PrintSimple {private static void printString(Printable data) {data.print("Hello, World!");} public static void main(String[] args) {printString(s ‐> System.out.println(s));}
}
其中 printString
方法只管调用 Printable
接口的 print
方法,而并不管 print 方法的具体实现逻辑会将字符串打印到什么地方去。而 main
方法通过Lambda表达式指定了函数式接口 Printable
的具体操作方案为:拿到String
(类型可推导,所以可省略)数据后,在控制台中输出它。
2. 问题分析
这段代码的问题在于,对字符串进行控制台打印输出的操作方案,明明已经有了现成的实现,那就是 System.out
对象中的 println(String)
方法。既然Lambda希望做的事情就是调用 println(String)
方法,那何必自己手动调用呢?
3. 用方法引用改进代码
能否省去Lambda的语法格式(尽管它已经相当简洁)呢?只要“引用”过去就好了:
public class Demo02PrintRef {private static void printString(Printable data) {data.print("Hello, World!");} public static void main(String[] args) {printString(System.out::println);}
}
请注意其中的双冒号 ::
写法,这被称为“方法引用”,而双冒号是一种新的语法。
4. 方法引用符
双冒号 ::
为引用运算符,而它所在的表达式被称为方法引用。如果Lambda要表达的函数方案已经存在于某个方法的实现中,那么则可以通过双冒号来引用该方法作为Lambda的替代者。
语义分析
例如上例中, System.out
对象中有一个重载的 println(String)
方法恰好就是我们所需要的。那么对于
printString
方法的函数式接口参数,对比下面两种写法,完全等效:
- Lambda表达式写法:
s -> System.out.println(s);
- 方法引用写法:
System.out::println
第一种语义是指:拿到参数之后经Lambda之手,继而传递给 System.out.println
方法去处理。
第二种等效写法的语义是指:直接让 System.out
中的 println
方法来取代Lambda。两种写法的执行效果完全一样,而第二种方法引用的写法复用了已有方案,更加简洁。
注:Lambda 中 传递的参数 一定是方法引用中 的那个方法可以接收的类型,否则会抛出异常
推导与省略
如果使用Lambda,那么根据“可推导就是可省略”的原则,无需指定参数类型,也无需指定的重载形式——它们都
将被自动推导。而如果使用方法引用,也是同样可以根据上下文进行推导。
函数式接口是Lambda的基础,而方法引用是Lambda的孪生兄弟。
下面这段代码将会调用 println
方法的不同重载形式,将函数式接口改为int类型的参数:
@FunctionalInterface
public interface PrintableInteger {void print(int str);
}
由于上下文变了之后可以自动推导出唯一对应的匹配重载,所以方法引用没有任何变化:
public class Demo03PrintOverload {private static void printInteger(PrintableInteger data) {data.print(1024);}public static void main(String[] args) {printInteger(System.out::println);}
}
这次方法引用将会自动匹配到 println(int)
的重载形式。
5. 通过对象名引用成员方法
这是最常见的一种用法,与上例相同。如果一个类中已经存在了一个成员方法:
public class MethodRefObject {public void printUpperCase(String str) {System.out.println(str.toUpperCase());}
}
函数式接口仍然定义为:
@FunctionalInterface
public interface Printable {void print(String str);
}
那么当需要使用这个 printUpperCase
成员方法来替代 Printable
接口的Lambda的时候,已经具有了
MethodRefObject
类的对象实例,则可以通过对象名引用成员方法,代码为:
public class Demo04MethodRef {private static void printString(Printable lambda) {lambda.print("Hello");} public static void main(String[] args) {MethodRefObject obj = new MethodRefObject();printString(obj::printUpperCase);}
}
6. 通过类名称引用静态方法
由于在 java.lang.Math
类中已经存在了静态方法 abs
,所以当我们需要通过Lambda来调用该方法时,有两种写法。首先是函数式接口:
@FunctionalInterface
public interface Calcable {int calc(int num);
}
第一种写法是使用Lambda表达式:
public class Demo05Lambda {private static void method(int num, Calcable lambda) {System.out.println(lambda.calc(num));} public static void main(String[] args) {method(‐10, n ‐> Math.abs(n));}
}
但是使用方法引用的更好写法是:
public class Demo06MethodRef {private static void method(int num, Calcable lambda) {System.out.println(lambda.calc(num));} public static void main(String[] args) {method(‐10, Math::abs);}
}
在这个例子中,下面两种写法是等效的:
- Lambda表达式:
n -> Math.abs(n)
- 方法引用:
Math::abs
7. 通过super引用成员方法
如果存在继承关系,当Lambda中需要出现super
调用时,也可以使用方法引用进行替代。首先是函数式接口:
@FunctionalInterface
public interface Greetable {void greet();
}
然后是父类 Human 的内容:
public class Human {public void sayHello() {System.out.println("Hello!");}
}
最后是子类 Man
的内容,其中使用了Lambda的写法:
public class Man extends Human {@Overridepublic void sayHello() {System.out.println("大家好,我是Man!");}// 定义方法method,参数传递Greetable接口public void method(Greetable g){g.greet();} public void show(){// 调用method方法,使用Lambda表达式method(()‐>{// 创建Human对象,调用sayHello方法new Human().sayHello();});// 简化Lambdamethod(()‐>new Human().sayHello());// 使用super关键字代替父类对象method(()‐>super.sayHello());}
}
但是如果使用方法引用来调用父类中的 sayHello
方法会更好,例如另一个子类 Woman
:
public class Man extends Human {@Overridepublic void sayHello() {System.out.println("大家好,我是Man!");} // 定义方法method,参数传递Greetable接口public void method(Greetable g){g.greet();}public void show(){method(super::sayHello);}
}
在这个例子中,下面两种写法是等效的:
- Lambda表达式:
() -> super.sayHello()
- 方法引用:
super::sayHello
8. 通过this引用成员方法
this代表当前对象,如果需要引用的方法就是当前类中的成员方法,那么可以使用 this::成员方法
的格式来使用方法引用。首先是简单的函数式接口:
@FunctionalInterface
public interface Richable {void buy();
}
下面是一个丈夫 Husband 类:
public class Husband {private void marry(Richable lambda) {lambda.buy();} public void beHappy() {marry(() ‐> System.out.println("买套房子"));}
}
开心方法 beHappy
调用了结婚方法 marry
,后者的参数为函数式接口 Richable
,所以需要一个Lambda表达式。但是如果这个Lambda表达式的内容已经在本类当中存在了,则可以对 Husband
丈夫类进行修改:
public class Husband {private void buyHouse() {System.out.println("买套房子");} private void marry(Richable lambda) {lambda.buy();} public void beHappy() {marry(() ‐> this.buyHouse());}
}
如果希望取消掉Lambda表达式,用方法引用进行替换,则更好的写法为:
public class Husband {private void buyHouse() {System.out.println("买套房子");} private void marry(Richable lambda) {lambda.buy();} public void beHappy() {marry(this::buyHouse);}
}
在这个例子中,下面两种写法是等效的:
- Lambda表达式:
() -> this.buyHouse()
- 方法引用:
this::buyHouse
9. 类的构造器引用
由于构造器的名称与类名完全一样,并不固定。所以构造器引用使用 类名称::new
的格式表示。首先是一个简单
的 Person
类:
public class Person {private String name;public Person(String name) {this.name = name;} public String getName() {return name;} public void setName(String name) {this.name = name;}
}
然后是用来创建 Person
对象的函数式接口:
public interface PersonBuilder {Person buildPerson(String name);
}
要使用这个函数式接口,可以通过Lambda表达式:
public class Demo09Lambda {public static void printName(String name, PersonBuilder builder) {System.out.println(builder.buildPerson(name).getName());} public static void main(String[] args) {printName("赵丽颖", name ‐> new Person(name));}
}
但是通过构造器引用,有更好的写法:
public class Demo10ConstructorRef {public static void printName(String name, PersonBuilder builder) {System.out.println(builder.buildPerson(name).getName());} public static void main(String[] args) {printName("赵丽颖", Person::new);}
}
在这个例子中,下面两种写法是等效的:
- Lambda表达式:
name -> new Person(name)
- 方法引用:
Person::new
10. 数组的构造器引用
数组也是 Object
的子类对象,所以同样具有构造器,只是语法稍有不同。如果对应到Lambda的使用场景中时,
需要一个函数式接口:
@FunctionalInterface
public interface ArrayBuilder {int[] buildArray(int length);
}
在应用该接口的时候,可以通过Lambda表达式:
public class Demo11ArrayInitRef {private static int[] initArray(int length, ArrayBuilder builder) {return builder.buildArray(length);} public static void main(String[] args) {int[] array = initArray(10, length ‐> new int[length]);}
}
但是更好的写法是使用数组的构造器引用:
public class Demo12ArrayInitRef {private static int[] initArray(int length, ArrayBuilder builder) {return builder.buildArray(length);} public static void main(String[] args) {int[] array = initArray(10, int[]::new);}
}
在这个例子中,下面两种写法是等效的:
Lambda表达式: length -> new int[length]
方法引用: int[]::new
Stream流
1.引言
说到Stream便容易想到I/O Stream,而实际上,谁规定“流”就一定是“IO流”呢?在Java 8中,得益于Lambda所带来的函数式编程,引入了一个全新的Stream概念,用于解决已有集合类库既有的弊端。
传统集合的多步遍历代码几乎所有的集合(如 Collection
接口或 Map
接口等)都支持直接或间接的遍历操作。而当我们需要对集合中的元素进行操作的时候,除了必需的添加、删除、获取外,最典型的就是集合遍历。例如:
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo01ForEach {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("张无忌");list.add("周芷若");list.add("赵敏");list.add("张强");list.add("张三丰");for (String name : list) {System.out.println(name);}}
}
这是一段非常简单的集合遍历操作:对集合中的每一个字符串都进行打印输出操作。
循环遍历的弊端
Java 8的Lambda让我们可以更加专注于做什么(What),而不是怎么做(How),这点此前已经结合内部类进行了对比说明。现在,我们仔细体会一下上例代码,可以发现:
- for循环的语法就是“怎么做”
- for循环的循环体才是“做什么”
为什么使用循环?因为要进行遍历。但循环是遍历的唯一方式吗?遍历是指每一个元素逐一进行处理,而并不是从第一个到最后一个顺次处理的循环。前者是目的,后者是方式。
试想一下,如果希望对集合中的元素进行筛选过滤:
- 将集合A根据条件一过滤为子集B;
- 然后再根据条件二过滤为子集C。
那怎么办?在Java 8之前的做法可能为:
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo02NormalFilter {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("张无忌");list.add("周芷若");list.add("赵敏");list.add("张强");list.add("张三丰");List<String> zhangList = new ArrayList<>();for (String name : list) {if (name.startsWith("张")) {zhangList.add(name);}}List<String> shortList = new ArrayList<>();for (String name : zhangList) {if (name.length() == 3) {shortList.add(name);}}for (String name : shortList) {System.out.println(name);}}
}
这段代码中含有三个循环,每一个作用不同:
- 首先筛选所有姓张的人;
- 然后筛选名字有三个字的人;
- 最后进行对结果进行打印输出。
每当我们需要对集合中的元素进行操作的时候,总是需要进行循环、循环、再循环。这是理所当然的么?**不是。**循环是做事情的方式,而不是目的。另一方面,使用线性循环就意味着只能遍历一次。如果希望再次遍历,只能再使用另一个循环从头开始。
那,Lambda的衍生物Stream能给我们带来怎样更加优雅的写法呢?
Stream的更优写法
下面来看一下借助Java 8的Stream API,什么才叫优雅:
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo03StreamFilter {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("张无忌");list.add("周芷若");list.add("赵敏");list.add("张强");list.add("张三丰");list.stream().filter(s ‐> s.startsWith("张")).filter(s ‐> s.length() == 3).forEach(System.out::println);}
}
直接阅读代码的字面意思即可完美展示无关逻辑方式的语义:获取流、过滤姓张、过滤长度为3、逐一打印。代码中并没有体现使用线性循环或是其他任何算法进行遍历,我们真正要做的事情内容被更好地体现在代码中。
2.流式思想概述
注意:请暂时忘记对传统IO流的固有印象!
**整体来看,流式思想类似于工厂车间的“**生产流水线”。
当需要对多个元素进行操作(特别是多步操作)的时候,考虑到性能及便利性,我们应该首先拼好一个“模型”步骤 方案,然后再按照方案去执行它。这是一种集合元素的处理方案,而方案就是一种“函数模型”。
这里的 filter 、 map 、 skip
都是在对函数模型进行操作,集合元素并没有真正被处理。只有当终结方法 count执行的时候,整个模型才会按照指定策略执行操作。而这得益于Lambda的延迟执行特性。
备注:“Stream流”其实是一个集合元素的函数模型,它并不是集合,也不是数据结构,其本身并不存储任何元素(或其地址值)。
Stream(流)是一个来自数据源的元素队列
- 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 等。
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或者增强for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,流可以直接调用遍历方法。
当使用一个流的时候,通常包括三个基本步骤:获取一个数据源(source)→ 数据转换→执行操作获取想要的结果,每次转换原有 Stream 对象不改变,返回一个新的 Stream 对象(可以有多次转换),这就允许对其操作可以像链条一样排列,变成一个管道。
3.获取流
java.util.stream.Stream<T>
是Java 8新加入的最常用的流接口(这并不是一个函数式接口)。获取一个流非常简单,有以下几种常用的方式:
所有的 Collection 集合都可以通过 stream 默认方法获取流;
Stream 接口的静态方法 of 可以获取数组对应的流。
1.根据Collection获取流
首先, java.util.Collection
接口中加入了default方法 stream
用来获取流,所以其所有实现类均可获取流。
import java.util.*;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo04GetStream {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();// ...Stream<String> stream1 = list.stream();Set<String> set = new HashSet<>();// ...Stream<String> stream2 = set.stream();Vector<String> vector = new Vector<>();// ...Stream<String> stream3 = vector.stream();}
}
2.根据Map获取流
java.util.Map
接口不是 Collection
的子接口,且其K-V数据结构不符合流元素的单一特征,所以获取对应的流需要分key、value或entry等情况:
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo05GetStream {public static void main(String[] args) {Map<String, String> map = new HashMap<>();// ...Stream<String> keyStream = map.keySet().stream();Stream<String> valueStream = map.values().stream();Stream<Map.Entry<String, String>> entryStream = map.entrySet().stream();}
}
3.根据数组获取流
如果使用的不是集合或映射而是数组,由于数组对象不可能添加默认方法,所以 Stream 接口中提供了静态方法of ,使用很简单:
import java.util.stream.Stream;
public class Demo06GetStream {public static void main(String[] args) {String[] array = { "张无忌", "张翠山", "张三丰", "张一元" };Stream<String> stream = Stream.of(array);}
}
备注: of 方法的参数其实是一个可变参数,所以支持数组。
4.常用方法
流模型的操作很丰富,这里介绍一些常用的API。这些方法可以被分成两种:
- 延迟方法:返回值类型仍然是 Stream 接口自身类型的方法,因此支持链式调用。(除了终结方法外,其余方法均为延迟方法。)
- 终结方法:返回值类型不再是 Stream 接口自身类型的方法,因此不再支持类似 StringBuilder 那样的链式调用。本小节中,终结方法包括 count 和 forEach 方法。
备注:本小节之外的更多方法,请自行参考API文档。
1.逐一处理:forEach
虽然方法名字叫 forEach ,但是与for循环中的“for-each”昵称不同。
void forEach(Consumer<? super T> action);
该方法接收一个 Consumer 接口函数,会将每一个流元素交给该函数进行处理。
复习Consumer接口
java.util.function.Consumer<T>接口是一个消费型接口。Consumer接口中包含抽象方法void accept(T t),意为消费一个指定泛型的数据。
基本使用:
import java.util.stream.Stream;
public class Demo12StreamForEach {public static void main(String[] args) {Stream<String> stream = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");stream.forEach(name‐> System.out.println(name));}
}
2.过滤:filter
可以通过 filter 方法将一个流转换成另一个子集流。方法签名:
Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);
该接口接收一个 Predicate 函数式接口参数(可以是一个Lambda或方法引用)作为筛选条件。
复习Predicate接口
此前我们已经学习过 java.util.stream.Predicate
函数式接口,其中唯一的抽象方法为:
boolean test(T t);
该方法将会产生一个boolean值结果,代表指定的条件是否满足。如果结果为true,那么Stream流的 filter 方法将会留用元素;如果结果为false,那么 filter 方法将会舍弃元素。
基本使用
Stream流中的 filter 方法基本使用的代码如:
import java.util.stream.Stream;
public class Demo07StreamFilter {public static void main(String[] args) {Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");Stream<String> result = original.filter(s ‐> s.startsWith("张"));}
}
在这里通过Lambda表达式来指定了筛选的条件:必须姓张。
3.映射:map
如果需要将流中的元素映射到另一个流中,可以使用 map 方法。方法签名:
<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);
该接口需要一个 Function 函数式接口参数,可以将当前流中的T类型数据转换为另一种R类型的流。
复习Function接口
此前我们已经学习过 java.util.stream.Function
函数式接口,其中唯一的抽象方法为:
R apply(T t);
这可以将一种T类型转换成为R类型,而这种转换的动作,就称为“映射”。
基本使用
Stream流中的 map 方法基本使用的代码如:
import java.util.stream.Stream;
public class Demo08StreamMap {public static void main(String[] args) {Stream<String> original = Stream.of("10", "12", "18");Stream<Integer> result = original.map(str‐>Integer.parseInt(str));}
}
这段代码中, map 方法的参数通过方法引用,将字符串类型转换成为了int类型(并自动装箱为 Integer 类对象)。
4.统计个数:count
正如旧集合 Collection 当中的 size 方法一样,流提供 count 方法来数一数其中的元素个数:
long count();
该方法返回一个long值代表元素个数(不再像旧集合那样是int值)。基本使用:
import java.util.stream.Stream;
public class Demo09StreamCount {public static void main(String[] args) {Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");Stream<String> result = original.filter(s ‐> s.startsWith("张"));System.out.println(result.count()); // 2}
}
5.取用前几个:limit
limit 方法可以对流进行截取,只取用前n个。方法签名:
Stream<T> limit(long maxSize);
参数是一个long型,如果集合当前长度大于参数则进行截取;否则不进行操作。基本使用:
import java.util.stream.Stream;
public class Demo10StreamLimit {public static void main(String[] args) {Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");Stream<String> result = original.limit(2);System.out.println(result.count()); // 2}
}
6.跳过前几个:skip
如果希望跳过前几个元素,可以使用 skip 方法获取一个截取之后的新流:
Stream<T> skip(long n);
如果流的当前长度大于n,则跳过前n个;否则将会得到一个长度为0的空流。基本使用:
import java.util.stream.Stream;
public class Demo11StreamSkip {public static void main(String[] args) {Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");Stream<String> result = original.skip(2);System.out.println(result.count()); // 1}
}
7.组合:concat
如果有两个流,希望合并成为一个流,那么可以使用 Stream 接口的静态方法 concat :
static <T> Stream<T> concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b)
备注:这是一个静态方法,与 java.lang.String 当中的 concat 方法是不同的。
该方法的基本使用代码如:
import java.util.stream.Stream;
public class Demo12StreamConcat {public static void main(String[] args) {Stream<String> streamA = Stream.of("张无忌");Stream<String> streamB = Stream.of("张翠山");Stream<String> result = Stream.concat(streamA, streamB);}
}
周芷若");
Stream result = original.limit(2);
System.out.println(result.count()); // 2
}
}
### 6.跳过前几个:skip如果希望跳过前几个元素,可以使用 skip 方法获取一个截取之后的新流:```java
Stream<T> skip(long n);
如果流的当前长度大于n,则跳过前n个;否则将会得到一个长度为0的空流。基本使用:
import java.util.stream.Stream;
public class Demo11StreamSkip {public static void main(String[] args) {Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");Stream<String> result = original.skip(2);System.out.println(result.count()); // 1}
}
7.组合:concat
如果有两个流,希望合并成为一个流,那么可以使用 Stream 接口的静态方法 concat :
static <T> Stream<T> concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b)
备注:这是一个静态方法,与 java.lang.String 当中的 concat 方法是不同的。
该方法的基本使用代码如:
import java.util.stream.Stream;
public class Demo12StreamConcat {public static void main(String[] args) {Stream<String> streamA = Stream.of("张无忌");Stream<String> streamB = Stream.of("张翠山");Stream<String> result = Stream.concat(streamA, streamB);}
}
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