重学Java8新特性(二) : Stream API、Optional类

一、强大的Stream API 1.1、Stream API的概述

• Java8中有两大最为重要的改变。第一个是 Lambda 表达式；另外一个则是 Stream API。
• Stream API ( java.util.stream)把真正的函数式编程风格引入到Java中。这是目前为止对Java类库最好的补充，因为Stream API可以极大提供Java程序员的生产力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。
• Stream 是Java8 中处理集合的关键抽象概念，它可以指定你希望对集合进行的操作，可以执行非常复杂的查找、过滤和映射数据等操作。使用Stream API 对集合数据进行操作，就类似于使用SQL 执行的数据库查询。也可以使用Stream API 来并行执行操作。简言之，Stream API 提供了一种高效且易于使用的处理数据的方式。
• 为什么要使用Stream API
  • 实际开发中，项目中多数数据源都来自于Mysql，Oracle等。但现在数据源可以更多了，有MongDB，Radis等，而这些NoSQL的数据就需要Java层面去处理。
  • Stream 和Collection 集合的区别：Collection 是一种静态的内存数据结构，而Stream 是有关计算的。前者是主要面向内存，存储在内存中，后者主要是面向CPU，通过CPU 实现计算。

• 终结方法：返回值类型不再是 Stream 类型的方法，不再支持链式调用。本小节中，终结方法包括 count() 和 forEach() 方法；
• 非终结方法：又叫函数拼接方法。值返回值类型仍然是 Stream 类型的方法，支持链式调用（除了终结方法外，其与方法均为非终结方法）

/**
 * 1.Stream关注的是对数据的运算，与CPU打交道
 *   集合关注的是数据的存储，与内存打交道
 *
 * 2.
 * ①Stream 自己不会存储元素。
 * ②Stream 不会改变源对象。相反，他们会返回一个持有结果的新Stream。
 * ③Stream 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
 *
 * 3.Stream 执行流程
 * ① Stream的实例化
 * ② 一系列的中间操作（过滤、映射、...)
 * ③ 终止操作
 *
 * 4.说明：
 * 4.1 一个中间操作链，对数据源的数据进行处理
 * 4.2 一旦执行终止操作，就执行中间操作链，并产生结果。之后，不会再被使用
 */

1.2、Stream的实例化

1、EmployeeData类

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
 * 提供用于测试的数据
 */
public class EmployeeData {
	
	public static List getEmployees(){
		List list = new ArrayList();
		
		list.add(new Employee(1001, "马化腾", 34, 6000.38));
		list.add(new Employee(1002, "马云", 12, 9876.12));
		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;
	}	
}

2、Employee类

@Data
public class Employee {

	private int id;
	private String name;
	private int age;
	private double salary;

	@Override
	public boolean equals(Object o) {
		if (this == o)
			return true;
		if (o == null || getClass() != o.getClass())
			return false;

		Employee employee = (Employee) o;

		if (id != employee.id)
			return false;
		if (age != employee.age)
			return false;
		if (Double.compare(employee.salary, salary) != 0)
			return false;
		return name != null ? name.equals(employee.name) : employee.name == null;
	}

	@Override
	public int hashCode() {
		int result;
		long temp;
		result = id;
		result = 31 * result + (name != null ? name.hashCode() : 0);
		result = 31 * result + age;
		temp = Double.doubleToLongBits(salary);
		result = 31 * result + (int) (temp ^ (temp >>> 32));
		return result;
	}
}

3、测试类

import github2.Employee;
import github2.EmployeeData;
import org.junit.Test;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.IntStream;
import java.util.stream.Stream;

/**
 * 测试Stream的实例化
 */
public class StreamAPITest {

    //创建 Stream方式一：通过集合
    @Test
    public void test(){
        List employees = EmployeeData.getEmployees();

//        default Stream stream() : 返回一个顺序流
        Stream stream = employees.stream();

//        default Stream parallelStream() : 返回一个并行流
        Stream parallelStream = employees.parallelStream();
    }

    //创建 Stream方式二：通过数组
    @Test
    public void test2(){
        int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5,6};
        //调用Arrays类的static  Stream stream(T[] array): 返回一个流
        IntStream stream = Arrays.stream(arr);

        Employee e1 = new Employee(1001,"Hom");
        Employee e2 = new Employee(1002,"Nut");
        Employee[] arr1 = new Employee[]{e1,e2};

        Stream stream1 = Arrays.stream(arr1);
    }
    //创建 Stream方式三：通过Stream的of()
    @Test
    public void test3(){
        Stream stream = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5, 6);
    }

    //创建 Stream方式四：创建无限流
    @Test
    public void test4(){
//      迭代
//      public static Stream iterate(final T seed, final UnaryOperator f)
        //遍历前10个偶数
        Stream.iterate(0, t -> t + 2).limit(10).forEach(System.out::println);

//      生成
//      public static Stream generate(Supplier s)
        Stream.generate(Math::random).limit(10).forEach(System.out::println);
    }
}

1.3、Stream的中间操作：筛选与切片 : filter, distinct, limit, skip, contact, peek

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”。

方法描述filter(Predicate p)接收Lambda ，从流中排除某些元素distinct()筛选，通过流所生成元素的hashCode() 和equals() 去除重复元素limit(long maxSize)截断流，使其元素不超过给定数量skip(long n)跳过元素，返回一个扔掉了前n 个元素的流。若流中元素不足n 个，则返回一个空流。与limit(n) 互补contact(Stream s1, Stream s2)concat() 方法，可以将两个Stream流合并成一个流进行返回peek该方法会生成一个包含原 Stream 的所有元素的新 Stream，同时会提供一个消费函数（Consumer实例），新Stream每个元素被消费的时候都会执行给定的消费函数；存在此方法的目的，主要是为了在您需要的地方支持调试，查看元素流过管道中特定点的情况

import github2.Employee;
import github2.EmployeeData;
import org.junit.Test;

import java.util.List;
import java.util.stream.Stream;

/**
 * 测试Stream的中间操作
 */
public class StreamAPITest2 {

    //1-筛选与切片
    @Test
    public void test(){
        List list = EmployeeData.getEmployees();
//        filter(Predicate p)——接收 Lambda ， 从流中排除某些元素。
        Stream stream = list.stream();
        //练习：查询员工表中薪资大于7000的员工信息
        stream.filter(e -> e.getSalary() > 7000).forEach(System.out::println);

        System.out.println("+++++++++++++++++++++++");
//        limit(n)——截断流，使其元素不超过给定数量。
        list.stream().limit(3).forEach(System.out::println);
        System.out.println("+++++++++++++++++++++++");

//        skip(n) —— 跳过元素，返回一个扔掉了前 n 个元素的流。若流中元素不足 n 个，则返回一个空流。与 limit(n) 互补
        list.stream().skip(3).forEach(System.out::println);

        System.out.println("+++++++++++++++++++++++");
//        distinct()——筛选，通过流所生成元素的 hashCode() 和 equals() 去除重复元素

        list.add(new Employee(1013,"李飞",42,8500));
        list.add(new Employee(1013,"李飞",41,8200));
        list.add(new Employee(1013,"李飞",28,6000));
        list.add(new Employee(1013,"李飞",39,7800));
        list.add(new Employee(1013,"李飞",40,8000));

//        System.out.println(list);

        list.stream().distinct().forEach(System.out::println);
    }
}


public class StreamDemo {
 
    public static void main(String[] args){
        //concat()方法
        Stream aStream = Stream.of(1, 2, 3);
        Stream bStream = Stream.of(4, 5, 6);
 
        Stream concatStream = Stream.concat(aStream, bStream);
        concatStream.forEach(System.out::println);


		// peek方法
		List list = Stream.of("one", "two", "three", "four")
                .filter(e -> e.length() > 3)
                .peek(e -> System.out.println("Filtered value: " + e))
                .map(String::toUpperCase)
                .peek(e -> System.out.println("Mapped value: " + e))
                .collect(Collectors.toList());
                
				//Filtered value: three
				//Mapped value: THREE
				//Filtered value: four
				//Mapped value: FOUR
    }
}

1.4、Stream的中间操作：映射: map, mapToInt, flatMap 方法描述map(Function f)接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，并将其映射成一个新的元素。mapToDouble(ToDoubleFunction f)接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，产生一个新的DoubleStream。mapToInt(ToIntFunction f)接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，产生一个新的IntStream。mapToLong(ToLongFunction f)接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，产生一个新的LongStream。flatMap(Function f)接收一个函数作为参数，将流中的每个值都换成另一个流，然后把所有流连接成一个流

import github2.Employee;
import github2.EmployeeData;
import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Stream;

/**
 * 测试Stream的中间操作
 */
public class StreamAPITest2 {

    //2-映射
    @Test
    public void test2(){
//        map(Function f)——接收一个函数作为参数，将元素转换成其他形式或提取信息，该函数会被应用到每个元素上，并将其映射成一个新的元素。
        List list = Arrays.asList("aa", "bb", "cc", "dd");
        list.stream().map(str -> str.toUpperCase()).forEach(System.out::println);

//        练习1：获取员工姓名长度大于3的员工的姓名。
        List employees = EmployeeData.getEmployees();
        Stream namesStream = employees.stream().map(Employee::getName);
        namesStream.filter(name -> name.length() > 3).forEach(System.out::println);
        System.out.println();

        //练习2：
        Stream streamStream = list.stream().map(StreamAPITest2::fromStringToStream);
        
        streamStream.forEach(s ->{
            s.forEach(System.out::println);
        });
        System.out.println("++++++++++++++++++++++");
//        flatMap(Function f)——接收一个函数作为参数，将流中的每个值都换成另一个流，然后把所有流连接成一个流。
        Stream characterStream = list.stream().flatMap(StreamAPITest2::fromStringToStream);
        
        characterStream.forEach(System.out::println);
    }

    //将字符串中的多个字符构成的集合转换为对应的Stream的实例
    public static Stream fromStringToStream(String str){//aa
        ArrayList list = new ArrayList();
        for(Character c : str.toCharArray()){
            list.add(c);
        }
        return list.stream();
    }

    @Test
    public void test3(){
        ArrayList list1 = new ArrayList();
        list1.add(25);
        list1.add(33);
        list1.add(14);

        ArrayList list2 = new ArrayList();
        list2.add(51);
        list2.add(23);
        list2.add(61);

//        list1.add(list2);
        list1.addAll(list2);
        System.out.println(list1);
    }
}

1.5、Stream的中间操作：排序: sorted 方法描述sorted()产生一个新流，其中按自然顺序排序sorted(Comparator com)产生一个新流，其中按比较器顺序排序

import github2.Employee;
import github2.EmployeeData;
import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Stream;

/**
 * 测试Stream的中间操作
 */
public class StreamAPITest2 {

    //3-排序
    @Test
    public void test4(){
//        sorted()——自然排序
        List list = Arrays.asList(25,45,36,12,85,64,72,-95,4);
        list.stream().sorted().forEach(System.out::println);
        //抛异常，原因:Employee没有实现Comparable接口
//        List employees = EmployeeData.getEmployees();
//        employees.stream().sorted().forEach(System.out::println);


//        sorted(Comparator com)——定制排序

        List employees = EmployeeData.getEmployees();
        employees.stream().sorted( (e1,e2) -> {

            int ageValue = Integer.compare(e1.getAge(),e2.getAge());
            if(ageValue != 0){
                return ageValue;
            }else{
                return -Double.compare(e1.getSalary(),e2.getSalary());
            }

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

1.6、Stream的终止操作：匹配与查找: allMatch, noneMatch, findFirst, findAny, max, min, forEach

• 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。

方法描述allMatch(Predicate p)检查是否匹配所有元素anyMatch(Predicate p)检查是否至少匹配一个元素noneMatch(Predicate p)检查是否没有匹配所有元素findFirst()返回第一个元素findAny()返回当前流中的任意元素count()返回流中元素总数max(Comparator c)返回流中最大值min(Comparator c)返回流中最小值forEach(Consumer c)内部迭代(使用Collection 接口需要用户去做迭代，称为外部迭代。相反，Stream API 使用内部迭代——它帮你把迭代做了)

import github2.Employee;
import github2.EmployeeData;
import org.junit.Test;

import java.util.List;
import java.util.Optional;
import java.util.stream.Stream;

public class StreamAPITest3 {
    //1-匹配与查找
    @Test
    public void test(){
        List employees = EmployeeData.getEmployees();

//        allMatch(Predicate p)——检查是否匹配所有元素。
//          练习：是否所有的员工的年龄都大于18
        boolean allMatch = employees.stream().allMatch(e -> e.getAge() > 23);
        System.out.println(allMatch);

//        anyMatch(Predicate p)——检查是否至少匹配一个元素。
//         练习：是否存在员工的工资大于 10000
        boolean anyMatch = employees.stream().anyMatch(e -> e.getSalary() > 9000);
        System.out.println(anyMatch);

//        noneMatch(Predicate p)——检查是否没有匹配的元素。
//          练习：是否存在员工姓“马”
        boolean noneMatch = employees.stream().noneMatch(e -> e.getName().startsWith("马"));
        System.out.println(noneMatch);
        
//        findFirst——返回第一个元素
        Optional employee = employees.stream().findFirst();
        System.out.println(employee);
        
//        findAny——返回当前流中的任意元素
        Optional employee1 = employees.parallelStream().findAny();
        System.out.println(employee1);
    }

    @Test
    public void test2(){
        List employees = EmployeeData.getEmployees();
        
        // count——返回流中元素的总个数
        long count = employees.stream().filter(e -> e.getSalary() > 4500).count();
        System.out.println(count);
        
//        max(Comparator c)——返回流中最大值
//        练习：返回最高的工资：
        Stream salaryStream = employees.stream().map(e -> e.getSalary());
        Optional maxSalary = salaryStream.max(Double::compare);
        System.out.println(maxSalary);
        
//        min(Comparator c)——返回流中最小值
//        练习：返回最低工资的员工
        Optional employee = employees.stream().min((e1, e2) -> Double.compare(e1.getSalary(), e2.getSalary()));
        System.out.println(employee);
        System.out.println();
        
//        forEach(Consumer c)——内部迭代
        employees.stream().forEach(System.out::println);

        //使用集合的遍历操作
        employees.forEach(System.out::println);
    }
}

1.7、Stream的终止操作：归约: reduce(求和等操作) 方法描述reduce(T iden, BinaryOperator b)可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回Treduce(BinaryOperator b)可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回Optional

备注：map 和reduce 的连接通常称为map-reduce 模式，因Google 用它来进行网络搜索而出名。

import github2.Employee;
import github2.EmployeeData;
import org.junit.Test;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Optional;
import java.util.stream.Stream;

public class StreamAPITest3 {

    //2-归约
    @Test
    public void test3(){
//        reduce(T identity, BinaryOperator)——可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回 T
//        练习1：计算1-10的自然数的和
        List list = Arrays.asList(72,25,32,34,43,56,81,15,29,71);
        Integer sum = list.stream().reduce(0, Integer::sum);
        System.out.println(sum);

//        reduce(BinaryOperator) ——可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回 Optional
//        练习2：计算公司所有员工工资的总和
        List employees = EmployeeData.getEmployees();
        Stream salaryStream = employees.stream().map(Employee::getSalary);
//        Optional sumMoney = salaryStream.reduce(Double::sum);
        Optional sumMoney = salaryStream.reduce((d1,d2) -> d1 + d2);
        System.out.println(sumMoney.get());
    }
}

1.8、Stream的终止操作：收集: collect

参考:blog

方法描述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

import github2.Employee;
import github2.EmployeeData;
import org.junit.Test;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Optional;
import java.util.Set;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.Stream;

public class StreamAPITest3 {

    //3-收集
    @Test
    public void test4() {
//        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
//        练习1：查找工资大于6000的员工，结果返回为一个List或Set

        List employees = EmployeeData.getEmployees();
        List employeeList = employees.stream().filter(e -> e.getSalary() > 6000).collect(Collectors.toList());

        employeeList.forEach(System.out::println);
        
        System.out.println("++++++++++++++++++");
        
        Set employeeSet = employees.stream().filter(e -> e.getSalary() > 6000).collect(Collectors.toSet());

        employeeSet.forEach(System.out::println);
    }
}

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，具体方法与实例如下表：

二、Optional类 2.1、Optional类的介绍

到目前为止，臭名昭著的空指针异常是导致Java应用程序失败的最常见原因。以前，为了解决空指针异常，Google公司著名的Guava项目引入了Optional类，Guava通过使用检查空值的方式来防止代码污染，它鼓励程序员写更干净的代码。受到Google Guava的启发，Optional类已经成为Java 8类库的一部分。

• Optional 类(java.util.Optional) 是一个容器类，它可以保存类型T的值，代表这个值存在。或者仅仅保存null，表示这个值不存在。原来用null 表示一个值不存在，现在Optional 可以更好的表达这个概念。并且可以避免空指针异常。
• Optional类的Javadoc描述如下：这是一个可以为null的容器对象。如果值存在则isPresent()方法会返回true，调用get()方法会返回该对象。
• Optional提供很多有用的方法，这样我们就不用显式进行空值检测。
• 创建Optional类对象的方法：
  • Optional.of(T t) : 创建一个Optional 实例，t必须非空；
  • Optional.empty() : 创建一个空的Optional 实例
  • Optional.ofNullable(T t)：t可以为null
• 判断Optional容器中是否包含对象：
  • boolean isPresent() : 判断是否包含对象
  • void ifPresent(Consumer