Spring WebFlux 学习笔记 - (一) 前传:学习Java 8 Stream Api (2) - Stream的中间操作

内容导读

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内容图文

Stream API

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(java.util.stream.*)。

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。简而言之，Stream API 提供了一种高效且易于使用的处理数据的方式。

流(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。"集合讲的是数据，流讲的是计算！ "

集合和流(Stream)，表面上有一些相似之处，他们有不同的目标。集合主要关注其元素的有效管理和访问，相比之下，流不提供直接访问或操纵元素的手段，而是关心声明性地描述其源和将在该源上进行聚合的计算操作。

上篇内容我们学习了创建Stream，接下来我们来看下Stream数据流的消费处理，即中间操作。

Stream的中间操作

为了执行计算，流组合操作被组合成流管道。流管道由源（其可以是数组、集合、生成函数、I/O通道等）组成，零个或多个中间操作（其将流转换成另一个流，例如 filter(Predicate) ）以及终端操作（产生结果或副作用，如count()或forEach(Consumer)）。

流是惰性的，源数据上的计算仅在终端操作启动时执行，源元素仅在需要时才被使用。

所谓中间操作，即为经过该操作后仍返回Stream的方法，只是(流)数据元素发生了变化。因为仍返回Stream，编程时可以通过连续的多个中间操作，逐渐变为想要的数据流，最后进行终端(终止)操作，变为最终的结果数据。

我们将中间操作分为如下几类：

1. 筛选
2. 映射
3. 排序

以下内容提到XxxStream代表IntStream、LongStream、DoubleStream。如无特殊说明Stream也包含IntStream、LongStream、DoubleStream。

筛选

筛选操作方法即源流经过筛选或过滤后，输出新的数据流。

以下代码见 StreamSearchOperationTest。

distinct的使用

int[] array = new int[]{1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, 2, 3};
// count为终端操作，代表统计流中元素个数
log.info("{}数据去重后元素个数为{}个", array, Arrays.stream(array).distinct().count());

filter的使用

log.info("整数3-250中大于等于21,小于148的奇数有{}个",
        IntStream.range(3, 251).filter(n -> n >= 21 && n < 148 && n % 2 == 1).count());

limit的使用

log.info("随机生成3-50之间的20个正整数，如下：");
// forEach为终端操作，代表循环消费流中元素
LongStream.generate(() -> RandomUtil.randomLong(3, 50)).limit(20).forEach(System.out::println);

skip的使用

int[] array = new int[]{1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, 2, 3};
log.info("{}数据去重头部3个元素后变为：", array);
Arrays.stream(array).skip(3).forEach(System.out::println);

peek的使用

// sum为终端操作，代表流中元素的总和
log.info("以上一串随机浮点数和为：{}",
        DoubleStream.generate(RandomUtil::randomDouble).limit(30).peek(System.out::println).sum());

综合示例1

统计如下英文名句的使用的字母个数，要求：忽略大小写，去重、不用重复统计。

Cease to struggle and you cease to live.(Thomas Carlyle)

生命不止，奋斗不息。(卡莱尔)

根据题目需求，分析实现如下：

1. 先将语句转换为小写
2. 将语句转换为字符 (Stream) 流
3. 过滤出字符流中的字母
4. 去除字符流中的重复字母
5. 打印字符流中的每个字母
6. 输出使用字母个数

最终代码实现如下：

String sentence = "Cease to struggle and you cease to live.(Thomas Carlyle)";
// 正则 \p{Lower} 小写字母字符：[a-z]
// 正则 \p{Upper} 大写字母字符：[A-Z]
// 正则 \p{Alpha} 字母字符：[\p{Lower}\p{Upper}]
log.info("语句[{}]使用的字母个数为：{}", sentence,
        Arrays.stream(sentence.toLowerCase().split(""))
                .filter(str -> str.matches("\\p{Alpha}"))
                .distinct()
                .peek(System.out::println)
                .count()
);

综合示例2

在1-3000的整数中，70个数为1组，统计第34组的质数个数，并输出他们。

根据题目需求，实际上该题目为分页模型的变体，取出每页70条第34页的质数，分析实现如下：

1. 创建1-3000的整数数字流
2. 忽略前33页的整数
3. 取出第34页的70个整数
4. 过滤为质数的整数
5. 打印他们
6. 输出使用字母个数

最终代码实现如下：

int page = 34;
int pageNo = 70;
int total = 3000;
log.info("1-{}中每页显示{}条数据，第{}页数据中的质数如下:", total, 70, 34);
// isPrimes 方法判断数字是否是质数（素数）
log.info("质数个数为：{}",
        IntStream.range(1, total + 1)
                .skip(page * pageNo)
                .limit(pageNo)
                .filter(NumberUtil::isPrimes)
                .peek(System.out::println)
                .count()
);

映射

映射操作方法即源流经过转换后，元素类型发生了变化，生成了新的数据流。

Stream的映射方法主要提供了map和flatMap两个方法，二者的区别为map方法的参数生成的是对象，而flatMap方法的参数生成的是Stream，并将这些生成的Stream连接(concat)起来。flatMap类似于对每个流内元素执行map后的结果执行concat方法。可以理解为map方法生成的新Stream流和之前的旧Stream流的元素比为 1:1，而flatMap方法每个元素生成的Stream元素个数为零到多个，最终连接 (concat) 后，新旧元素比为 n:1。

map和flatMap都提供了不同的重载方法，含义一致，下面测试代码不再复述。

以下代码见 StreamMapOperationTest。

map的使用

log.info("1-20的整数每个增加1543后为:");
IntStream.range(1, 21)
        .map(n -> n + 1543)
        .forEach(System.out::println);

flatMap的使用

// 方式1： 将一个元素变为零个或多个元素组成的Stream
// 需求1： 输出1-20中每个奇数的前后及其本身，并求和
log.info("1-20的中奇数前后元素及求和为:{}",
        IntStream.range(1, 21)
        .flatMap(n -> n % 2 == 0 ? IntStream.empty() : IntStream.of(n - 1, n, n +1))
        .peek(System.out::println)
        .sum()
);

// 方式2：将一个元素变为多个元素组成的Stream
// 需求2：
// 生命不止，奋斗不息。(卡莱尔)
String sentence1 = "Cease to struggle and you cease to live.(Thomas Carlyle).";
// 过一种高尚而诚实的生活。当你年老时回想起过去，你就能再一次享受人生。
String sentence2 = "Live a noble and honest life. Reviving past times in your old age will help you to enjoy your life again.";
// 充实今朝，昨日已成过去，明天充满神奇。
String sentence3 = "Enrich your life today. Yesterday is history，and tomorrow is mystery.";
log.info("语句[{}\n{}\n{}\n]使用的字母个数为：{}", sentence1, sentence2, sentence3,
        Stream.of(sentence1, sentence2, sentence3)
                .flatMap(str -> Arrays.stream(str.toLowerCase().split("")))
                .filter(str -> str.matches("\\p{Alpha}"))
                .distinct()
                .peek(System.out::println)
                .count()
);

排序

排序操作方法即源流内的元素经过排序后，输出新的数据流。

以下代码见 StreamSortedOperationTest。

sorted的使用

log.info("随机生成3-50之间的20个正整数，排序如下：");
// forEach为终端操作，代表循环消费流中元素
LongStream.generate(() -> RandomUtil.randomLong(3, 50))
        .limit(20)
        .distinct()
        .sorted()
        .forEach(System.out::println);

sorted的使用(使用Comparator比较)

log.info("随机生成3-50之间的20个正整数，倒序排序如下：");
// forEach为终端操作，代表循环消费流中元素
Stream.generate(() -> RandomUtil.randomInt(3, 50))
        .limit(20)
        .distinct()
        .sorted(Comparator.comparingInt(o -> -o))
        .forEach(System.out::println);

源码详见：https://github.com/crystalxmumu/spring-web-flux-study-note

以上是本期笔记的内容，我们下期见。

内容总结

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