Java8特性詳解 lambda表達式 Stream

1.lambda表達式

Java8最值得學習的特性就是Lambda表達式和Stream API，若是有python或者javascript的語言基礎，對理解Lambda表達式有很大幫助，由於Java正在將本身變的更高（Sha）級（Gua），更人性化。--------能夠這麼說lambda表達式其實就是實現SAM接口的語法糖。

lambda寫的好能夠極大的減小代碼冗餘，同時可讀性也好過冗長的內部類，匿名類。

先列舉兩個常見的簡化（簡單的代碼一樣好理解）

• 建立線程

• 排序

lambda表達式配合Java8新特性Stream API能夠將業務功能經過函數式編程簡潔的實現。(爲後面的例子作鋪墊)

例如：

這段代碼就是對一個字符串的列表，把其中包含的每一個字符串都轉換成全小寫的字符串。注意代碼第四行的map方法調用，這裏map方法就是接受了一個lambda表達式。

1.1lambda表達式語法

1.1.1lambda表達式的通常語法

(Type1 param1, Type2 param2, ..., TypeN paramN) -> {
  statment1;
  statment2;
  //.............
  return statmentM;
}

這是lambda表達式的徹底式語法，後面幾種語法是對它的簡化。

1.1.2單參數語法

param1 -> {
  statment1;
  statment2;
  //.............
  return statmentM;
}

當lambda表達式的參數個數只有一個，能夠省略小括號

例如：將列表中的字符串轉換爲全小寫

List<String> proNames = Arrays.asList(new String[]{"Ni","Hao","Lambda"});
List<String> lowercaseNames1 = proNames.stream().map(name -> {return name.toLowerCase();}).collect(Collectors.toList());

1.1.3單語句寫法

param1 -> statment

當lambda表達式只包含一條語句時，能夠省略大括號、return和語句結尾的分號

例如：將列表中的字符串轉換爲全小寫

List<String> proNames = Arrays.asList(new String[]{"Ni","Hao","Lambda"});

List<String> lowercaseNames2 = proNames.stream().map(name -> name.toLowerCase()).collect(Collectors.toList());

1.1.4方法引用寫法

（方法引用和lambda同樣是Java8新語言特性，後面會講到）

Class or instance :: method

例如：將列表中的字符串轉換爲全小寫

List<String> proNames = Arrays.asList(new String[]{"Ni","Hao","Lambda"});

List<String> lowercaseNames3 = proNames.stream().map(String::toLowerCase).collect(Collectors.toList());

1.2lambda表達式可以使用的變量

先舉例：

//將爲列表中的字符串添加前綴字符串
String waibu = "lambda :";
List<String> proStrs = Arrays.asList(new String[]{"Ni","Hao","Lambda"});
List<String>execStrs = proStrs.stream().map(chuandi -> {
Long zidingyi = System.currentTimeMillis();
return waibu + chuandi + " -----:" + zidingyi;
}).collect(Collectors.toList());
execStrs.forEach(System.out::println);

輸出:

lambda :Ni -----:1474622341604
lambda :Hao -----:1474622341604
lambda :Lambda -----:1474622341604

 

變量waibu ：外部變量

變量chuandi ：傳遞變量

變量zidingyi ：內部自定義變量

 

lambda表達式能夠訪問給它傳遞的變量，訪問本身內部定義的變量，同時也能訪問它外部的變量。

不過lambda表達式訪問外部變量有一個很是重要的限制：變量不可變（只是引用不可變，而不是真正的不可變）。

當在表達式內部修改waibu = waibu + " ";時，IDE就會提示你：

Local variable waibu defined in an enclosing scope must be final or effectively final

編譯時會報錯。由於變量waibu被lambda表達式引用，因此編譯器會隱式的把其當成final來處理。

之前Java的匿名內部類在訪問外部變量的時候，外部變量必須用final修飾。如今java8對這個限制作了優化，能夠不用顯示使用final修飾，可是編譯器隱式當成final來處理。

1.3lambda表達式中的this概念

在lambda中，this不是指向lambda表達式產生的那個SAM對象，而是聲明它的外部對象。

例如：

public class WhatThis {

     public void whatThis(){
           //轉全小寫
           List<String> proStrs = Arrays.asList(new String[]{"Ni","Hao","Lambda"});
           List<String> execStrs = proStrs.stream().map(str -> {
                 System.out.println(this.getClass().getName());
                 return str.toLowerCase();
           }).collect(Collectors.toList());
           execStrs.forEach(System.out::println);
     }

     public static void main(String[] args) {
           WhatThis wt = new WhatThis();
           wt.whatThis();
     }
}

輸出：

com.wzg.test.WhatThis
com.wzg.test.WhatThis
com.wzg.test.WhatThis
ni
hao
lambda

2.方法引用和構造器引用

本人認爲是進一步簡化lambda表達式的聲明的一種語法糖。

前面的例子中已有使用到： execStrs.forEach(System.out::println);

2.1方法引用

objectName::instanceMethod

ClassName::staticMethod

ClassName::instanceMethod

前兩種方式相似，等同於把lambda表達式的參數直接當成instanceMethod|staticMethod的參數來調用。好比System.out::println等同於x->System.out.println(x)；Math::max等同於(x, y)->Math.max(x,y)。

最後一種方式，等同於把lambda表達式的第一個參數當成instanceMethod的目標對象，其餘剩餘參數當成該方法的參數。好比String::toLowerCase等同於x->x.toLowerCase()。

能夠這麼理解，前兩種是將傳入對象當參數執行方法，後一種是調用傳入對象的方法。

2.2構造器引用

構造器引用語法以下：ClassName::new，把lambda表達式的參數當成ClassName構造器的參數 。例如BigDecimal::new等同於x->new BigDecimal(x)。

3.Stream語法

兩句話理解Stream：

1.Stream是元素的集合，這點讓Stream看起來用些相似Iterator；
2.能夠支持順序和並行的對原Stream進行匯聚的操做；

你們能夠把Stream當成一個裝飾後的Iterator。原始版本的Iterator，用戶只能逐個遍歷元素並對其執行某些操做；包裝後的Stream，用戶只要給出須要對其包含的元素執行什麼操做，好比「過濾掉長度大於10的字符串」、「獲取每一個字符串的首字母」等，具體這些操做如何應用到每一個元素上，就給Stream就行了！原先是人告訴計算機一步一步怎麼作，如今是告訴計算機作什麼，計算機本身決定怎麼作。固然這個「怎麼作」仍是比較弱的。

例子：

//Lists是Guava中的一個工具類
List<Integer> nums = Lists.newArrayList(1,null,3,4,null,6);
nums.stream().filter(num -> num != null).count();

上面這段代碼是獲取一個List中，元素不爲null的個數。這段代碼雖然很簡短，可是倒是一個很好的入門級別的例子來體現如何使用Stream，正所謂「麻雀雖小五臟俱全」。咱們如今開始深刻解刨這個例子，完成之後你可能能夠基本掌握Stream的用法！

圖片就是對於Stream例子的一個解析，能夠很清楚的看見：本來一條語句被三種顏色的框分割成了三個部分。紅色框中的語句是一個Stream的生命開始的地方，負責建立一個Stream實例；綠色框中的語句是賦予Stream靈魂的地方，把一個Stream轉換成另一個Stream，紅框的語句生成的是一個包含全部nums變量的Stream，進過綠框的filter方法之後，從新生成了一個過濾掉原nums列表全部null之後的Stream；藍色框中的語句是豐收的地方，把Stream的裏面包含的內容按照某種算法來匯聚成一個值，例子中是獲取Stream中包含的元素個數。若是這樣解析之後，還不理解，那就只能動用「核武器」–圖形化，一圖抵千言！

使用Stream的基本步驟：

1.建立Stream；
2.轉換Stream，每次轉換原有Stream對象不改變，返回一個新的Stream對象（**能夠有屢次轉換**）；
3.對Stream進行聚合（Reduce）操做，獲取想要的結果；

3.1怎麼獲得Stream

最經常使用的建立Stream有兩種途徑：

1.經過Stream接口的靜態工廠方法（注意：Java8裏接口能夠帶靜態方法）；
2.經過Collection接口的默認方法（默認方法：Default method，也是Java8中的一個新特性，就是接口中的一個帶有實現的方法）–stream()，把一個Collection對象轉換成Stream

3.1.1 使用Stream靜態方法來建立Stream

1. of方法：有兩個overload方法，一個接受變長參數，一個接口單一值

Stream<Integer> integerStream = Stream.of(1, 2, 3, 5);
Stream<String> stringStream = Stream.of("taobao");

2. generator方法：生成一個無限長度的Stream，其元素的生成是經過給定的Supplier（這個接口能夠當作一個對象的工廠，每次調用返回一個給定類型的對象）

Stream.generate(new Supplier<Double>() {
    @Override
    public Double get() {
         return Math.random();
    }
});

Stream.generate(() -> Math.random());
Stream.generate(Math::random);
三條語句的做用都是同樣的，只是使用了lambda表達式和方法引用的語法來簡化代碼。每條語句其實都是生成一個無限長度的Stream，其中值是隨機的。這個無限長度Stream是懶加載，通常這種無限長度的Stream都會配合Stream的limit()方法來用。

3. iterate方法：也是生成無限長度的Stream，和generator不一樣的是，其元素的生成是重複對給定的種子值(seed)調用用戶指定函數來生成的。其中包含的元素能夠認爲是：seed，f(seed),f(f(seed))無限循環

Stream.iterate(1, item -> item + 1).limit(10).forEach(System.out::println);
這段代碼就是先獲取一個無限長度的正整數集合的Stream，而後取出前10個打印。千萬記住使用limit方法，否則會無限打印下去。

3.1.2經過Collection子類獲取Stream

Collection接口有一個stream方法，因此其全部子類都均可以獲取對應的Stream對象。

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
      //其餘方法省略
     default Stream<E> stream() {
          return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
     }
}

3.2轉換Stream

轉換Stream其實就是把一個Stream經過某些行爲轉換成一個新的Stream。Stream接口中定義了幾個經常使用的轉換方法，下面咱們挑選幾個經常使用的轉換方法來解釋。
1. distinct: 對於Stream中包含的元素進行去重操做（去重邏輯依賴元素的equals方法），新生成的Stream中沒有重複的元素；

2. filter: 對於Stream中包含的元素使用給定的過濾函數進行過濾操做，新生成的Stream只包含符合條件的元素；

3. map: 對於Stream中包含的元素使用給定的轉換函數進行轉換操做，新生成的Stream只包含轉換生成的元素。這個方法有三個對於原始類型的變種方法，分別是：mapToInt，mapToLong和mapToDouble。這三個方法也比較好理解，好比mapToInt就是把原始Stream轉換成一個新的Stream，這個新生成的Stream中的元素都是int類型。之因此會有這樣三個變種方法，能夠免除自動裝箱/拆箱的額外消耗；

4. flatMap：和map相似，不一樣的是其每一個元素轉換獲得的是Stream對象，會把子Stream中的元素壓縮到父集合中；

flatMap給一段代碼理解：

Stream<List<Integer>> inputStream = Stream.of(
 Arrays.asList(1),
 Arrays.asList(2, 3),
 Arrays.asList(4, 5, 6)
 );
Stream<Integer> outputStream = inputStream.
flatMap((childList) -> childList.stream());

flatMap 把 input Stream 中的層級結構扁平化，就是將最底層元素抽出來放到一塊兒，最終 output 的新 Stream 裏面已經沒有 List 了，都是直接的數字。

 

5. peek: 生成一個包含原Stream的全部元素的新Stream，同時會提供一個消費函數（Consumer實例），新Stream每一個元素被消費的時候都會執行給定的消費函數；

6. limit: 對一個Stream進行截斷操做，獲取其前N個元素，若是原Stream中包含的元素個數小於N，那就獲取其全部的元素；

7. skip: 返回一個丟棄原Stream的前N個元素後剩下元素組成的新Stream，若是原Stream中包含的元素個數小於N，那麼返回空Stream；

 

總體調用例子：

 

List<Integer> nums = Lists.newArrayList(1,1,null,2,3,4,null,5,6,7,8,9,10);
System.out.println(「sum is:」+nums.stream().filter(num -> num != null).distinct().mapToInt(num -> num * 2).peek(System.out::println).skip(2).limit(4).sum());

這段代碼演示了上面介紹的全部轉換方法（除了flatMap），簡單解釋一下這段代碼的含義：給定一個Integer類型的List，獲取其對應的Stream對象，而後進行過濾掉null，再去重，再每一個元素乘以2，再每一個元素被消費的時候打印自身，在跳過前兩個元素，最後去前四個元素進行加和運算(解釋一大堆，很像廢話，由於基本看了方法名就知道要作什麼了。這個就是聲明式編程的一大好處！)。你們能夠參考上面對於每一個方法的解釋，看看最終的輸出是什麼。

 

2
4
6
8
10
12
sum is:36

可能會有這樣的疑問：在對於一個Stream進行屢次轉換操做，每次都對Stream的每一個元素進行轉換，並且是執行屢次，這樣時間複雜度就是一個for循環裏把全部操做都作掉的N（轉換的次數）倍啊。其實不是這樣的，轉換操做都是lazy的，多個轉換操做只會在匯聚操做（見下節）的時候融合起來，一次循環完成。咱們能夠這樣簡單的理解，Stream裏有個操做函數的集合，每次轉換操做就是把轉換函數放入這個集合中，在匯聚操做的時候循環Stream對應的集合，而後對每一個元素執行全部的函數。

 

3.3匯聚（Reduce）Stream

匯聚操做（也稱爲摺疊）接受一個元素序列爲輸入，反覆使用某個合併操做，把序列中的元素合併成一個彙總的結果。好比查找一個數字列表的總和或者最大值，或者把這些數字累積成一個List對象。Stream接口有一些通用的匯聚操做，好比reduce()和collect()；也有一些特定用途的匯聚操做，好比sum(),max()和count()。注意：sum方法不是全部的Stream對象都有的，只有IntStream、LongStream和DoubleStream是實例纔有。

下面會分兩部分來介紹匯聚操做：

可變匯聚：把輸入的元素們累積到一個可變的容器中，好比Collection或者StringBuilder；
其餘匯聚：除去可變匯聚剩下的，通常都不是經過反覆修改某個可變對象，而是經過把前一次的匯聚結果當成下一次的入參，反覆如此。好比reduce，count，allMatch；

3.3.1可變匯聚

可變匯聚對應的只有一個方法：collect，正如其名字顯示的，它能夠把Stream中的要有元素收集到一個結果容器中（好比Collection）。先看一下最通用的collect方法的定義（還有其餘override方法）：

<R> R collect(Supplier<R> supplier,
BiConsumer<R, ? super T> accumulator,
BiConsumer<R, R> combiner);
先來看看這三個參數的含義：Supplier supplier是一個工廠函數，用來生成一個新的容器；BiConsumer accumulator也是一個函數，用來把Stream中的元素添加到結果容器中；BiConsumer combiner仍是一個函數，用來把中間狀態的多個結果容器合併成爲一個（併發的時候會用到）。看暈了？來段代碼！

List<Integer> nums = Lists.newArrayList(1,1,null,2,3,4,null,5,6,7,8,9,10);
List<Integer> numsWithoutNull = nums.stream().filter(num -> num != null).
collect(() -> new ArrayList<Integer>(),
(list, item) -> list.add(item),
(list1, list2) -> list1.addAll(list2));
上面這段代碼就是對一個元素是Integer類型的List，先過濾掉所有的null，而後把剩下的元素收集到一個新的List中。進一步看一下collect方法的三個參數，都是lambda形式的函數。

第一個函數生成一個新的ArrayList實例；
第二個函數接受兩個參數，第一個是前面生成的ArrayList對象，二個是stream中包含的元素，函數體就是把stream中的元素加入ArrayList對象中。第二個函數被反覆調用直到原stream的元素被消費完畢；
第三個函數也是接受兩個參數，這兩個都是ArrayList類型的，函數體就是把第二個ArrayList所有加入到第一個中；
可是上面的collect方法調用也有點太複雜了，不要緊！咱們來看一下collect方法另一個override的版本，其依賴[Collector](http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/stream/Collector.html)。

<R, A> R collect(Collector<? super T, A, R> collector);
這樣清爽多了！Java8還給咱們提供了Collector的工具類–[Collectors](http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/stream/Collectors.html)，其中已經定義了一些靜態工廠方法，好比：Collectors.toCollection()收集到Collection中, Collectors.toList()收集到List中和Collectors.toSet()收集到Set中。這樣的靜態方法還有不少，這裏就不一一介紹了，你們能夠直接去看JavaDoc。下面看看使用Collectors對於代碼的簡化：

List<Integer> numsWithoutNull = nums.stream().filter(num -> num != null).
collect(Collectors.toList());

3.3.2其餘匯聚

– reduce方法：reduce方法很是的通用，後面介紹的count，sum等均可以使用其實現。reduce方法有三個override的方法，本文介紹兩個最經常使用的。先來看reduce方法的第一種形式，其方法定義以下：

Optional<T> reduce(BinaryOperator<T> accumulator);
接受一個BinaryOperator類型的參數，在使用的時候咱們能夠用lambda表達式來。

List<Integer> ints = Lists.newArrayList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);
System.out.println("ints sum is:" + ints.stream().reduce((sum, item) -&gt; sum + item).get());
能夠看到reduce方法接受一個函數，這個函數有兩個參數，第一個參數是上次函數執行的返回值（也稱爲中間結果），第二個參數是stream中的元素，這個函數把這兩個值相加，獲得的和會被賦值給下次執行這個函數的第一個參數。要注意的是：**第一次執行的時候第一個參數的值是Stream的第一個元素，第二個參數是Stream的第二個元素**。這個方法返回值類型是Optional，這是Java8防止出現NPE的一種可行方法，後面的文章會詳細介紹，這裏就簡單的認爲是一個容器，其中可能會包含0個或者1個對象。
這個過程可視化的結果如圖：

reduce方法還有一個很經常使用的變種：

T reduce(T identity, BinaryOperator<T> accumulator);
這個定義上上面已經介紹過的基本一致，不一樣的是：它容許用戶提供一個循環計算的初始值，若是Stream爲空，就直接返回該值。並且這個方法不會返回Optional，由於其不會出現null值。下面直接給出例子，就再也不作說明了。

List<Integer> ints = Lists.newArrayList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);
System.out.println("ints sum is:" + ints.stream().reduce(0, (sum, item) -> sum + item));
– count方法：獲取Stream中元素的個數。比較簡單，這裏就直接給出例子，不作解釋了。

List<Integer> ints = Lists.newArrayList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);
System.out.println("ints sum is:" + ints.stream().count());

– 搜索相關
– allMatch：是否是Stream中的全部元素都知足給定的匹配條件
– anyMatch：Stream中是否存在任何一個元素知足匹配條件
– findFirst: 返回Stream中的第一個元素，若是Stream爲空，返回空Optional
– noneMatch：是否是Stream中的全部元素都不知足給定的匹配條件
– max和min：使用給定的比較器（Operator），返回Stream中的最大|最小值
下面給出allMatch和max的例子，剩下的方法讀者當成練習。

查看源代碼打印幫助
List<Integer&gt; ints = Lists.newArrayList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);
System.out.println(ints.stream().allMatch(item -> item < 100));
ints.stream().max((o1, o2) -&gt; o1.compareTo(o2)).ifPresent(System.out::println);

 

引用修改了併發編程網 – ifeve.com文章 連接地址: Java8初體驗（一）lambda表達式語法