第一章 函数式接口

1.1 概念

函数式接口在Java中是指：有且仅有一个抽象方法的接口。
函数式接口，即适用于函数式编程场景的接口。而Java中的函数式编程体现就是Lambda，所以函数式接口就是可以适用于Lambda使用的接口。只有确保接口中有且仅有一个抽象方法，Java中的Lambda才能顺利地进行推导。

备注：“语法糖”是指使用更加方便，但是原理不变的代码语法。例如在遍历集合时使用的for-each语法，其实底层的实现原理仍然是迭代器，这便是“语法糖”。从应用层面来讲，Java中的Lambda可以被当做是匿名内部类的“语法糖”，但是二者在原理上是不同的。

1.2 格式

只要确保接口中有且仅有一个抽象方法即可：

  1. 修饰符 interface 接口名称{
  2.   public abstract 返回值类型 方法名称(可选参数信息);
  3.   //其他非抽象方法内容
  4. }

接口当中抽象方法的public abstract是可以省略的。

1.3 @FunctionalInterface注解

与@Override注解的作用类似，Java 8中专门为函数式接口引入了一个新的注解：@FunctionalInterface。该注解可用于一个接口的定义上：
一旦使用该注解来定义接口，编译器将会强制检查该接口是否确实有且仅有一个抽象方法，否则将会报错。需要注意的是，即使不使用该注解，只要满足函数式接口的定义，这仍然是一个函数式接口，使用起来都一样。

1.4 自定义函数式接口

假设定义了MyFunctionalInterface函数式接口，典型使用场景是作为方法的参数：

  1. public class Demo09FunctionalInterface {
  2.     // 使用自定义的函数式接口作为方法参数
  3.     private static void doSomething(MyFunctionalInterface inter) {
  4.         inter.myMethod(); // 调用自定义的函数式接口方法
  5.     }
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         // 调用使用函数式接口的方法
  8.         doSomething(() ‐> System.out.println("Lambda执行啦！"));
  9.     }
  10. }

第二章 函数式编程

2.1 Lambda的延迟执行

有些场景的代码执行后，结果不一定会被使用，从而造成性能浪费。而Lambda表达式是延迟执行的，这正好可以作为解决方案，提升性能。

2.1.1 性能浪费的日志案例

一种典型的场景就是对参数进行有条件使用，例如对日志消息进行拼接后，在满足条件的情况下进行打印输出：

  1. public class Demo01Logger {
  2.     private static void log(int level, String msg) {
  3.         if (level == 1) {
  4.             System.out.println(msg);
  5.         }
  6.     }
  7.     public static void main(String[] args) {
  8.         String msgA = "Hello";
  9.         String msgB = "World";
  10.         String msgC = "Java";
  11.         log(1, msgA + msgB + msgC);
  12.     }
  13. }

这段代码存在问题：无论级别是否满足要求，作为log方法的第二个参数，三个字符串一定会首先被拼接并传入方法内，然后才会进行级别判断。如果级别不符合要求，那么字符串的拼接操作就白做了，存在性能费。

备注：SLF4J是应用非常广泛的日志框架，它在记录日志时为了解决这种性能浪费的问题，并不推荐首先进行字符串的拼接，而是将字符串的若干部分作为可变参数传入方法中，仅在日志级别满足要求的情况下才会进行字符串拼接。例如：LOGGER.debug("变量{}的取值为{}。","os","macOS")，其中的大括号{}为占位符。如果满足日志级别要求，则会将“os”和“macOS”两个字符串依次拼接到大括号的位置；否则不会进行字符串拼接。这也是一种可行解决方案，但Lambda可以做到更好。

2.1.2 Lambda的更优写法

  • 使用Lambda必然需要一个函数式接口：

    1. @FunctionalInterface
    2. public interface MessageBuilder{
    3.   String buildMessage();
    4. }

  • 然后对log方法进行改造：

    1. public class Demo02LoggerLambda{
    2.   private static void log(int level,MessageBuilder builder){
    3.       if(level == 1){
    4.           System.out.println(builder.buildMessage());
    5.       }
    6.   }
    7.   public static void main(String[] args) {
    8.       String msgA = "Hello";
    9.       String msgB = "World";
    10.       String msgC = "Java";
    11.       log(1, () ‐> msgA + msgB + msgC );
    12.   }
    13. }

    只有当级别满足要求的时候，才会进行三个字符串的拼接，否则三个字符串将不会进行拼接。

    2.1.3 证明Lambda的延迟

    下面的代码可以通过结果进行验证：

    1. public class Demo03LoggerDelay{
    2.   private static void log(int level,MessageBuilder builder){
    3.       if(level == 1 ){
    4.           System.out.println(builder.buildMessage());
    5.       }
    6.   }
    8.   public static void main(String[]args){
    9.       String msgA = "Hello";
    10.       String msgB = "World";
    11.       String msgC = "Java";
    13.       log( 2 ,()‐>{
    14.           System.out.println("Lambda执行！");
    15.           return msgA + msgB + msgC;
    16.       });
    17.   }
    18. }

    从结果中可以看出，在不符合级别要求的情况下，Lambda将不会执行。从而达到节省性能的效果。

    扩展：实际上使用内部类也可以达到同样的效果，只是将代码操作延迟到了另外一个对象当中通过调用方法来完成。而是否调用其所在方法是在条件判断之后才执行的。

2.2 使用Lambda作为参数和返回值

如果抛开实现原理不说，Java中的Lambda表达式可以被当作是匿名内部类的替代品。如果方法的参数是一个函数式接口类型，那么就可以使用Lambda表达式进行替代。使用Lambda表达式作为方法参数，其实就是使用函数式接口作为方法参数。
例如java.lang.Runnable接口就是一个函数式接口，假设有一个startThread方法使用该接口作为参数，那么就可以使用Lambda进行传参。这种情况其实和Thread类的构造方法参数为Runnable没有本质区别。

  1. public class Demo04Runnable{
  2.     private static void startThread(Runnable task){
  3.         new Thread(task).start();
  4.     }
  6.     public static void main(String[]args){
  7.         startThread(()‐> System.out.println("线程任务执行！"));
  8.     }
  9. }

类似地，如果一个方法的返回值类型是一个函数式接口，那么就可以直接返回一个Lambda表达式。当需要通过一个方法来获取一个java.util.Comparator接口类型的对象作为排序器时，就可以调该方法获取。

  1. import java.util.Arrays;
  2. import java.util.Comparator;
  3. public class Demo06Comparator {
  4.     private static Comparator<String> newComparator() {
  5.         return (a, b) ‐> b.length() ‐ a.length();
  6.     }
  7.     public static void main(String[] args) {
  8.         String[] array = { "abc", "ab", "abcd" };
  9.         System.out.println(Arrays.toString(array));
  10.         Arrays.sort(array, newComparator());
  11.         System.out.println(Arrays.toString(array));
  12.     }
  13. }

其中直接return一个Lambda表达式即可。

第三章 常用函数式接口

JDK提供了大量常用的函数式接口以及丰富Lambda的典型使用场景，它们主要在java.util.function包中被提供。下面是最简单的几个接口及使用示例。

3.1 Supplier接口

java.util.function.Supplier<T>接口仅包含一个无参的方法：T get()。用来获取一个泛型参数指定类型的对象数据。由于这是一个函数式接口，这也就意味着对应的Lambda表达式需要“对外提供”一个符合泛型类型的对象数据。

  1. import java.util.function.Supplier;
  3. public class Demo08Supplier {
  4.     private static String getString(Supplier<String> function) {
  5.         return function.get();
  6.     }
  7.     public static void main(String[] args) {
  8.         String msgA = "Hello";
  9.         String msgB = "World";
  10.         System.out.println(getString(() ‐> msgA + msgB));
  11.     }
  12. }

3.2 练习：求数组元素最大值

3.2.1 题目

使用Supplier接口作为方法参数类型，通过Lambda表达式求出int数组中的最大值。提示：接口的泛型请使用java.lang.Integer类。

3.2.2 解答

  1. public class Demo02Test {
  2.     //定一个方法,方法的参数传递Supplier,泛型使用Integer
  3.     public static int getMax(Supplier<Integer> sup){
  4.         return sup.get();
  5.     }
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         int arr[] = {2,3,4,52,333,23};
  8.         //调用getMax方法,参数传递Lambda
  9.         int maxNum = getMax(()‐>{
  10.             //计算数组的最大值
  11.             int max = arr[0];
  12.             for(int i : arr){
  13.                 if(i>max){
  14.                     max = i;
  15.                 }
  16.             }
  17.             return max;
  18.         });
  19.         System.out.println(maxNum);
  20.     }
  21. }

3.3 Consumer接口

java.util.function.Consumer<T>接口则正好与Supplier接口相反，它不是生产一个数据，而是消费一个数据，其数据类型由泛型决定。

3.3.1 抽象方法：accept

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。基本使用如下：

  1. import java.util.function.Consumer;
  2. public class Demo09Consumer {
  3.     private static void consumeString(Consumer<String> function) {
  4.         function.accept("Hello");
  5.     }
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         consumeString(s ‐> System.out.println(s));
  8.     }
  9. }

当然，更好的写法是使用方法引用。

3.3.2 默认方法：andThen

如果一个方法的参数和返回值全都是Consumer类型，那么就可以实现效果：消费数据的时候，首先做一个操作，然后再做一个操作，实现组合。而这个方法就是Consumer接口中的default方法andThen。下面是JDK的源代码：

  1. default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
  2.     Objects.requireNonNull(after);
  3.     return (T t) ‐> { accept(t); after.accept(t); };
  4. }

备注：java.util.Objects的requireNonNull静态方法将会在参数为null时主动抛出NullPointerException异常。这省去了重复编写if语句和抛出空指针异常的麻烦。

要想实现组合，需要两个或多个Lambda表达式即可，而andThen的语义正是“一步接一步”操作。例如两个步骤组合的情况：

  1. import java.util.function.Consumer;
  2. public class Demo10ConsumerAndThen {
  3.     private static void consumeString(Consumer<String> one, Consumer<String> two) {
  4.         one.andThen(two).accept("Hello");
  5.     }
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         consumeString(
  8.             s ‐> System.out.println(s.toUpperCase()),
  9.             s ‐> System.out.println(s.toLowerCase()));
  10.     }
  11. }

运行结果将会首先打印完全大写的HELLO，然后打印完全小写的hello。当然，通过链式写法可以实现更多步骤的组合。

3.4 练习：格式化打印信息

3.4.1 题目

下面的字符串数组当中存有多条信息，请按照格式“姓名：XX。性别：XX。”的格式将信息打印出来。要求将打印姓名的动作作为第一个Consumer接口的Lambda实例，将打印性别的动作作为第二个Consumer接口的Lambda实例，将两个Consumer接口按照顺序“拼接”到一起。

3.4.2 解答

  1. import java.util.function.Consumer;
  2. public class DemoConsumer {
  3.     public static void main(String[] args) {
  4.         String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男" };
  5.         printInfo(s ‐> System.out.print("姓名：" + s.split(",")[0]),
  6.                   s ‐> System.out.println("。性别：" + s.split(",")[1] + "。"),
  7.                   array);
  8.     }
  9.     private static void printInfo(Consumer<String> one, Consumer<String> two, String[] array) {
  10.         for (String info : array) {
  11.             one.andThen(two).accept(info); // 姓名：迪丽热巴。性别：女。
  12.         }
  13.     }
  14. }

3.5 Predicate接口

有时候我们需要对某种类型的数据进行判断，从而得到一个boolean值结果。这时可以使用java.util.function.Predicate<T>接口。

3.5.1 抽象方法：test

Predicate接口中包含一个抽象方法：boolean test(T t)。用于条件判断的场景：

  1. import java.util.function.Predicate;
  3. public class Demo15PredicateTest {
  4.     private static void method(Predicate<String> predicate) {
  5.         boolean veryLong = predicate.test("HelloWorld");
  6.         System.out.println("字符串很长吗：" + veryLong);
  7.     }
  8.     public static void main(String[] args) {
  9.         method(s ‐> s.length() > 5);
  10.     }
  11. }

条件判断的标准是传入的Lambda表达式逻辑，只要字符串长度大于 5 则认为很长。

3.5.2 默认方法：and

既然是条件判断，就会存在与、或、非三种常见的逻辑关系。其中将两个Predicate条件使用“与”逻辑连接起来实现“并且”的效果时，可以使用default方法and。其JDK源码为：

  1. default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
  2.     Objects.requireNonNull(other);
  3.     return (t) ‐> test(t) && other.test(t);
  4. }

如果要判断一个字符串既要包含大写“H”，又要包含大写“W”，那么：

  1. import java.util.function.Predicate;
  3. public class Demo16PredicateAnd {
  4.     private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
  5.         boolean isValid = one.and(two).test("Helloworld");
  6.         System.out.println("字符串符合要求吗：" + isValid);
  7.     }
  8.     public static void main(String[] args) {
  9.         method(s ‐> s.contains("H"), s ‐> s.contains("W"));
  10.     }
  11. }

3.5.3 默认方法：or

与and的“与”类似，默认方法or实现逻辑关系中的“或”。JDK源码为：

  1. default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
  2.     Objects.requireNonNull(other);
  3.     return (t) ‐> test(t) || other.test(t);
  4. }

如果希望实现逻辑“字符串包含大写H或者包含大写W”，那么代码只需要将“and”修改为“or”名称即可，其他都不变：

  1. import java.util.function.Predicate;
  3. public class Demo16PredicateAnd {
  4.     private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
  5.         boolean isValid = one.or(two).test("Helloworld");
  6.         System.out.println("字符串符合要求吗：" + isValid);
  7.     }
  8.     public static void main(String[] args) {
  9.         method(s ‐> s.contains("H"), s ‐> s.contains("W"));
  10.     }
  11. }

3.5.4 默认方法：negate

“与”、“或”已经了解了，剩下的“非”（取反）也会简单。默认方法negate的JDK源代码为：

  1. default Predicate<T> negate() {
  2.     return (t) ‐> !test(t);
  3. }

从实现中很容易看出，它是执行了test方法之后，对结果boolean值进行“!”取反而已。一定要在test方法调用之前调用negate方法，正如and和or方法一样：

  1. import java.util.function.Predicate;
  3. public class Demo17PredicateNegate {
  4.     private static void method(Predicate<String> predicate) {
  5.         boolean veryLong = predicate.negate().test("HelloWorld");
  6.         System.out.println("字符串很长吗：" + veryLong);
  7.     }
  9.     public static void main(String[] args) {
  10.         method(s ‐> s.length() < 5);
  11.     }
  12. }

3.6 练习：集合信息筛选

3.6.1 题目

数组当中有多条“姓名+性别”的信息如下，请通过Predicate接口的拼装将符合要求的字符串筛选到集合ArrayList中，需要同时满足两个条件：

  1. 必须为女生；
  2. 姓名为 4 个字。
    1. public class DemoPredicate {
    2.  public static void main(String[] args) {
    3.      String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男", "赵丽颖,女" };
    4.  }
    5. }

    3.6.2 解答

    ```java import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.function.Predicate;

public class DemoPredicate { public static void main(String[] args) { String[] array = { “迪丽热巴,女”, “古力娜扎,女”, “马尔扎哈,男”, “赵丽颖,女” }; List list = filter(array, s ‐> “女”.equals(s.split(“,”)[1]), s ‐> s.split(“,”)[0].length() == 4); System.out.println(list); } private static List filter(String[] array, Predicate one, Predicate two) { List list = new ArrayList<>(); for (String info : array) { if (one.and(two).test(info)) { list.add(info); } } return list; } }

  1. <a name="801fa7b8"></a>
  2. ## 3.7 Function接口
  3. `java.util.function.Function<T,R>`接口用来根据一个类型的数据得到另一个类型的数据，前者称为前置条件，后者称为后置条件。
  4. <a name="ad22a1d1"></a>
  5. ### 3.7.1 抽象方法：apply
  6. `Function`接口中最主要的抽象方法为：`R apply(T t)`，根据类型T的参数获取类型R的结果。<br />使用的场景例如：将`String`类型转换为`Integer`类型。
  7. ```java
  8. import java.util.function.Function;
  10. public class Demo11FunctionApply {
  11.     private static void method(Function<String, Integer> function) {
  12.         int num = function.apply("10");
  13.         System.out.println(num + 20);
  14.     }
  15.     public static void main(String[] args) {
  16.         method(s ‐> Integer.parseInt(s));
  17.     }
  18. }

3.7.2 默认方法：andThen

Function接口中有一个默认的andThen方法，用来进行组合操作。JDK源代码如：

  1. default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
  2.     Objects.requireNonNull(after);
  3.     return (T t) ‐> after.apply(apply(t));
  4. }

该方法同样用于“先做什么，再做什么”的场景，和Consumer中的andThen差不多：

  1. import java.util.function.Function;
  3. public class Demo12FunctionAndThen {
  4.     private static void method(Function<String, Integer> one, Function<Integer, Integer> two) {
  5.         int num = one.andThen(two).apply("10");
  6.         System.out.println(num + 20);
  7.     }
  8.     public static void main(String[] args) {
  9.         method(str‐>Integer.parseInt(str), i ‐> i *= 10);
  10.     }
  11. }

第一个操作是将字符串解析成为int数字，第二个操作是乘以10。两个操作通过andThen按照前后顺序组合到了一起。

请注意，Function的前置条件泛型和后置条件泛型可以相同。

3.8 练习：自定义函数模型拼接

3.8.1 题目

请使用Function进行函数模型的拼接，按照顺序需要执行的多个函数操作为：

  1. 将字符串截取数字年龄部分，得到字符串；
  2. 将上一步的字符串转换成为int类型的数字；
  3. 将上一步的int数字累加 100 ，得到结果int数字。

    3.8.2 解答

    ```java import java.util.function.Function;

public class DemoFunction { public static void main(String[] args) { String str = “赵丽颖,20”; int age = getAgeNum(str, s ‐> s.split(“,”)[1], s ‐>Integer.parseInt(s), n ‐> n += 100); System.out.println(age); } private static int getAgeNum(String str, Function one,Function two,Function three) { return one.andThen(two).andThen(three).apply(str); } }

  1. <a name="21a099a4"></a>
  2. # 第四章 Stream流
  3. 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。
  4. <a name="ca347258"></a>
  5. ## 4.1 引言
  6. <a name="ac888d4c"></a>
  7. ### 4.1.1 传统集合的多步遍历代码
  8. 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：
  9. ```java
  10. import java.util.ArrayList;
  11. import java.util.List;
  13. public class Demo01ForEach {
  14.     public static void main(String[] args) {
  15.         List<String> list = new ArrayList<>();
  16.         list.add("张无忌");
  17.         list.add("周芷若");
  18.         list.add("赵敏");
  19.         list.add("张强");
  20.         list.add("张三丰");
  21.         for (String name : list) {
  22.             System.out.println(name);
  23.         }
  24.     }
  25. }

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。

4.1.2 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：

  1. 将集合A根据条件一过滤为子集B；
  2. 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：

  1. import java.util.ArrayList;
  2. import java.util.List;
  4. public class Demo02NormalFilter {
  5.     public static void main(String[] args) {
  6.         List<String> list = new ArrayList<>();
  7.         list.add("张无忌");
  8.         list.add("周芷若");
  9.         list.add("赵敏");
  10.         list.add("张强");
  11.         list.add("张三丰");
  12.         List<String> zhangList = new ArrayList<>();
  13.         for (String name : list) {
  14.             if (name.startsWith("张")) {
  15.                 zhangList.add(name);
  16.             }
  17.         }
  18.         List<String> shortList = new ArrayList<>();
  19.         for (String name : zhangList) {
  20.             if (name.length() == 3) {
  21.                 shortList.add(name);
  22.             }
  23.         }
  24.         for (String name : shortList) {
  25.             System.out.println(name);
  26.         }
  27.     }
  28. }

这段代码中含有三个循环，每一个作用不同：

  1. 首先筛选所有姓张的人；
  2. 然后筛选名字有三个字的人；
  3. 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。

4.1.3 Stream的更优写法

下面来看一下借助Java 8的Stream API的写法

  1. import java.util.ArrayList;
  2. import java.util.List;
  4. public class Demo03StreamFilter {
  5.     public static void main(String[] args) {
  6.         List<String> list = new ArrayList<>();
  7.         list.add("张无忌");
  8.         list.add("周芷若");
  9.         list.add("赵敏");
  10.         list.add("张强");
  11.         list.add("张三丰");
  12.         list.stream()
  13.             .filter(s ‐> s.startsWith("张"))
  14.             .filter(s ‐> s.length() == 3)
  15.             .forEach(System.out::println);
  16.     }
  17. }

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。

4.2 流式思想概述

整体来看，流式思想类似于工厂车间的“生产流水线”。
1.10 Java基础--JDK8新特性 - 图1
其中的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。

4.3 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。

    4.3.1 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。 ```java import java.util.*; import java.util.stream.Stream;

public class Demo04GetStream { public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList<>(); // … Stream stream1 = list.stream(); Set set = new HashSet<>(); // … Stream stream2 = set.stream(); Vector vector = new Vector<>(); // … Stream stream3 = vector.stream(); } }

  1. <a name="f7ca42a5"></a>
  2. ### 4.3.2 根据Map获取流
  3. `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：
  4. ```java
  5. import java.util.HashMap;
  6. import java.util.Map;
  7. import java.util.stream.Stream;
  9. public class Demo05GetStream {
  10.     public static void main(String[] args) {
  11.         Map<String, String> map = new HashMap<>();
  12.         // ...
  13.         Stream<String> keyStream = map.keySet().stream();
  14.         Stream<String> valueStream = map.values().stream();
  15.         Stream<Map.Entry<String, String>> entryStream = map.entrySet().stream();
  16.     }
  17. }

4.3.3 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：

  1. import java.util.stream.Stream;
  3. public class Demo06GetStream {
  4.     public static void main(String[] args) {
  5.         String[] array = { "张无忌", "张翠山", "张三丰", "张一元" };
  6.         Stream<String> stream = Stream.of(array);
  7.     }
  8. }

备注：of方法的参数其实是一个可变参数，所以支持数组。

4.4 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。

4.4.1 逐一处理：forEach

  1. 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。

1. 复习Consumer接口

  1. java.util.function.Consumer<T>接口是一个消费型接口。
  2. 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。

2. 基本使用：

  1. import java.util.stream.Stream;
  3. public class Demo12StreamForEach {
  4.     public static void main(String[] args) {
  5.         Stream<String> stream = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
  6.         stream.forEach(name‐> System.out.println(name));
  7.     }
  8. }

4.4.2 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：

  1. 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。

1. 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：

  1. 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。

2. 基本使用

Stream流中的filter方法基本使用的代码如：

  1. import java.util.stream.Stream;
  3. public class Demo07StreamFilter {
  4.     public static void main(String[] args) {
  5.         Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
  6.         Stream<String> result = original.filter(s ‐> s.startsWith("张"));
  7.     }
  8. }

在这里通过Lambda表达式来指定了筛选的条件：必须姓张。

4.4.3 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：

  1. <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。

1. 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：

  1. 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”。

2. 基本使用

Stream流中的map方法基本使用的代码如：

  1. import java.util.stream.Stream;
  3. public class Demo08StreamMap {
  4.     public static void main(String[] args) {
  5.         Stream<String> original = Stream.of("10", "12", "18");
  6.         Stream<Integer> result = original.map(str‐>Integer.parseInt(str));
  7.     }
  8. }

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）。

4.4.4 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：

  1. 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：

  1. import java.util.stream.Stream;
  3. public class Demo09StreamCount {
  4.     public static void main(String[] args) {
  5.         Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
  6.         Stream<String> result = original.filter(s ‐> s.startsWith("张"));
  7.         System.out.println(result.count()); // 2
  8.     }
  9. }

4.4.5 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：

  1. 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：

  1. import java.util.stream.Stream;
  3. public class Demo10StreamLimit {
  4.     public static void main(String[] args) {
  5.         Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
  6.         Stream<String> result = original.limit(2);
  7.         System.out.println(result.count()); // 2
  8.     }
  9. }

4.4.6 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：

  1. 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：

  1. import java.util.stream.Stream;
  3. public class Demo11StreamSkip {
  4.     public static void main(String[] args) {
  5.         Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
  6.         Stream<String> result = original.skip(2);
  7.         System.out.println(result.count()); // 1
  8.     }
  9. }

4.4.7 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：

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：

  1. import java.util.stream.Stream;
  3. public class Demo12StreamConcat {
  4.     public static void main(String[] args) {
  5.         Stream<String> streamA = Stream.of("张无忌");
  6.         Stream<String> streamB = Stream.of("张翠山");
  7.         Stream<String> result = Stream.concat(streamA, streamB);
  8.     }
  9. }

4.5 练习：集合元素处理（传统方式）

4.5.1 题目

现在有两个ArrayList集合存储队伍当中的多个成员姓名，要求使用传统的for循环（或增强for循环）依次进行以下若干操作步骤：

  1. 第一个队伍只要名字为 3 个字的成员姓名；存储到一个新集合中。
  2. 第一个队伍筛选之后只要前 3 个人；存储到一个新集合中。
  3. 第二个队伍只要姓张的成员姓名；存储到一个新集合中。
  4. 第二个队伍筛选之后不要前 2 个人；存储到一个新集合中。
  5. 将两个队伍合并为一个队伍；存储到一个新集合中。
  6. 根据姓名创建Person对象；存储到一个新集合中。
  7. 打印整个队伍的Person对象信息。

两个队伍（集合）的代码如下：

  1. import java.util.ArrayList;
  2. import java.util.List;
  4. public class DemoArrayListNames {
  5.     public static void main(String[] args) {
  6.         //第一支队伍
  7.         ArrayList<String> one = new ArrayList<>();
  8.         one.add("迪丽热巴");
  9.         one.add("宋远桥");
  10.         one.add("苏星河");
  11.         one.add("石破天");
  12.         one.add("石中玉");
  13.         one.add("老子");
  14.         one.add("庄子");
  15.         one.add("洪七公");
  17.         //第二支队伍
  18.         ArrayList<String> two = new ArrayList<>();
  19.         two.add("古力娜扎");
  20.         two.add("张无忌");
  21.         two.add("赵丽颖");
  22.         two.add("张三丰");
  23.         two.add("尼古拉斯赵四");
  24.         two.add("张天爱");
  25.         two.add("张二狗");
  26.         // ....
  27.     }
  28. }

而Person类的代码为：

  1. public class Person {
  2.     private String name;
  4.     public Person() {}
  6.     public Person(String name) {
  7.         this.name = name;
  8.     }
  10.     @Override
  11.     public String toString() {
  12.         return "Person{name='" + name + "'}";
  13.     }
  15.     public String getName() {
  16.         return name;
  17.     }
  19.     public void setName(String name) {
  20.         this.name = name;
  21.     }
  22. }

4.5.2 解答

既然使用传统的for循环写法，那么：

  1. public class DemoArrayListNames {
  2.     public static void main(String[] args) {
  3.         List<String> one = new ArrayList<>();
  4.         // ...
  5.         List<String> two = new ArrayList<>();
  6.         // ...
  8.         // 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
  9.         List<String> oneA = new ArrayList<>();
  10.         for (String name : one) {
  11.             if (name.length() == 3) {
  12.                 oneA.add(name);
  13.             }
  14.         }
  16.         // 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
  17.         List<String> oneB = new ArrayList<>();
  18.         for (int i = 0; i < 3; i++) {
  19.             oneB.add(oneA.get(i));
  20.         }
  22.         // 第二个队伍只要姓张的成员姓名；
  23.         List<String> twoA = new ArrayList<>();
  24.         for (String name : two) {
  25.             if (name.startsWith("张")) {
  26.                 twoA.add(name);
  27.             }
  28.         }
  30.         // 第二个队伍筛选之后不要前2个人；
  31.         List<String> twoB = new ArrayList<>();
  32.         for (int i = 2; i < twoA.size(); i++) {
  33.             twoB.add(twoA.get(i));
  34.         }
  36.         // 将两个队伍合并为一个队伍；
  37.         List<String> totalNames = new ArrayList<>();
  38.         totalNames.addAll(oneB);
  39.         totalNames.addAll(twoB);
  41.         // 根据姓名创建Person对象；
  42.         List<Person> totalPersonList = new ArrayList<>();
  43.         for (String name : totalNames) {
  44.             totalPersonList.add(new Person(name));
  45.         }
  47.         // 打印整个队伍的Person对象信息。
  48.         for (Person person : totalPersonList) {
  49.             System.out.println(person);
  50.         }
  51.     }
  52. }

运行结果为：

  1. Person{name='宋远桥'}
  2. Person{name='苏星河'}
  3. Person{name='石破天'}
  4. Person{name='张天爱'}
  5. Person{name='张二狗'}

4.6 练习：集合元素处理（Stream方式）

4.6.1 题目

将上一题当中的传统for循环写法更换为Stream流式处理方式。两个集合的初始内容不变，Person类的定义也不变。

4.6.2 解答

等效的Stream流式处理代码为：

  1. import java.util.ArrayList;
  2. import java.util.List;
  3. import java.util.stream.Stream;
  5. public class DemoStreamNames {
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         List<String> one = new ArrayList<>();
  8.         // ...
  9.         List<String> two = new ArrayList<>();
  10.         // ...
  12.         // 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
  13.         // 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
  14.         Stream<String> streamOne = one.stream().filter(s ‐> s.length() == 3).limit(3);
  16.         // 第二个队伍只要姓张的成员姓名；
  17.         // 第二个队伍筛选之后不要前2个人；
  18.         Stream<String> streamTwo = two.stream().filter(s ‐> s.startsWith("张")).skip(2);
  20.         // 将两个队伍合并为一个队伍；
  21.         // 根据姓名创建Person对象；
  22.         // 打印整个队伍的Person对象信息。
  23.         Stream.concat(streamOne, streamTwo).map(Person::new).forEach(System.out::println);
  24.     }
  25. }

运行效果完全一样：

  1. Person{name='宋远桥'}
  2. Person{name='苏星河'}
  3. Person{name='石破天'}
  4. Person{name='张天爱'}
  5. Person{name='张二狗'}

第五章 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？

5.1 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：

  1. @FunctionalInterface
  2. public interface Printable {
  3.     void print(String str);
  4. }

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：

  1. public class Demo01PrintSimple {
  2.     private static void printString(Printable data) {
  3.         data.print("Hello, World!");
  4.     }
  5.     public static void main(String[] args) {
  6.         printString(s ‐> System.out.println(s));
  7.     }
  8. }

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。

5.2 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？

5.3 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：

  1. public class Demo02PrintRef {
  2.     private static void printString(Printable data) {
  3.         data.print("Hello, World!");
  4.     }
  5.     public static void main(String[] args) {
  6.         printString(System.out::println);
  7.     }
  8. }

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。

5.4 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。

5.4.1 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。

5.4.2 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：

  1. @FunctionalInterface
  2. public interface PrintableInteger {
  3.     void print(int str);
  4. }

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：

  1. public class Demo03PrintOverload {
  2.     private static void printInteger(PrintableInteger data) {
  3.         data.print(1024);
  4.     }
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         printInteger(System.out::println);
  8.     }
  9. }

这次方法引用将会自动匹配到println(int)的重载形式。

5.5 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：

  1. public class MethodRefObject {
  2.     public void printUpperCase(String str) {
  3.         System.out.println(str.toUpperCase());
  4.     }
  5. }

函数式接口仍然定义为：

  1. @FunctionalInterface
  2. public interface Printable {
  3.     void print(String str);
  4. }

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：

  1. public class Demo04MethodRef {
  2.     private static void printString(Printable lambda) {
  3.         lambda.print("Hello");
  4.     }
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         MethodRefObject obj = new MethodRefObject();
  8.         printString(obj::printUpperCase);
  9.     }
  10. }

5.6 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：

  1. @FunctionalInterface
  2. public interface Calcable {
  3.     int calc(int num);
  4. }

第一种写法是使用Lambda表达式：

  1. public class Demo05Lambda {
  2.     private static void method(int num, Calcable lambda) {
  3.         S   ystem.out.println(lambda.calc(num));
  4.     }
  5.     public static void main(String[] args) {
  6.         method(‐10, n ‐> Math.abs(n));
  7.     }
  8. }

但是使用方法引用的更好写法是：

  1. public class Demo06MethodRef {
  2.     private static void method(int num, Calcable lambda) {
  3.         System.out.println(lambda.calc(num));
  4.     }
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         method(‐10, Math::abs);
  8.     }
  9. }

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

    5.7 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：

    1. @FunctionalInterface
    2. public interface Greetable {
    3.   void greet();
    4. }

    然后是父类Human的内容：

    1. public class Human {
    2.   public void sayHello() {
    3.       System.out.println("Hello!");
    4.   }
    5. }

    最后是子类Man的内容，其中使用了Lambda的写法：

    1. public class Man extends Human {
    2.   @Override
    3.   public void sayHello() {
    4.       System.out.println("大家好,我是Man!");
    5.   }
    7.   //定义方法method,参数传递Greetable接口
    8.   public void method(Greetable g){
    9.       g.greet();
    10.   }
    12.   public void show(){
    13.       //调用method方法,使用Lambda表达式
    14.       method(()‐>{
    15.           //创建Human对象,调用sayHello方法
    16.           new Human().sayHello();
    17.       });
    19.       //简化Lambda
    20.       method(()‐>new Human().sayHello());
    22.       //使用super关键字代替父类对象
    23.       method(()‐>super.sayHello());
    24.   }
    25. }

    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：

    1. public class Man extends Human {
    2.   @Override
    3.   public void sayHello() {
    4.       System.out.println("大家好,我是Man!");
    5.   }
    7.   //定义方法method,参数传递Greetable接口
    8.   public void method(Greetable g){
    9.       g.greet();
    10.   }
    12.   public void show(){
    13.       method(super::sayHello);
    14.   }
    15. }

    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

    5.8 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：

    1. @FunctionalInterface
    2. public interface Richable {
    3.   void buy();
    4. }

    下面是一个丈夫Husband类：

    1. public class Husband {
    2.   private void marry(Richable lambda) {
    3.       lambda.buy();
    4.   }
    6.   public void beHappy() {
    7.       marry(() ‐> System.out.println("买套房子"));
    8.   }
    9. }

    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：

    1. public class Husband {
    2.   private void buyHouse() {
    3.       System.out.println("买套房子");
    4.   }
    6.   private void marry(Richable lambda) {
    7.       lambda.buy();
    8.   }
    10.   public void beHappy() {
    11.       marry(() ‐> this.buyHouse());
    12.   }
    13. }

    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：

    1. public class Husband {
    2.   private void buyHouse() {
    3.       System.out.println("买套房子");
    4.   }
    6.   private void marry(Richable lambda) {
    7.       lambda.buy();
    8.   }
    10.   public void beHappy() {
    11.       marry(this::buyHouse);
    12.   }
    13. }

    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

    5.9 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：

    1. public class Person {
    2.   private String name;
    3.   public Person(String name) {
    4.       this.name = name;
    5.   }
    7.   public String getName() {
    8.       return name;
    9.   }
    11.   public void setName(String name) {
    12.       this.name = name;
    13.   }
    14. }

    然后是用来创建Person对象的函数式接口：

    1. public interface PersonBuilder {
    2.   Person buildPerson(String name);
    3. }

    要使用这个函数式接口，可以通过Lambda表达式：

    1. public class Demo09Lambda {
    2.   public static void printName(String name, PersonBuilder builder) {
    3.       System.out.println(builder.buildPerson(name).getName());
    4.   }
    6.   public static void main(String[] args) {
    7.       printName("赵丽颖", name ‐> new Person(name));
    8.   }
    9. }

    但是通过构造器引用，有更好的写法：

    1. public class Demo10ConstructorRef {
    2.   public static void printName(String name, PersonBuilder builder) {
    3.       System.out.println(builder.buildPerson(name).getName());
    4.   }
    6.   public static void main(String[] args) {
    7.       printName("赵丽颖", Person::new);
    8.   }
    9. }

    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

    5.10 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：

    1. @FunctionalInterface
    2. public interface ArrayBuilder {
    3.   int[] buildArray(int length);
    4. }

    在应用该接口的时候，可以通过Lambda表达式：

    1. public class Demo11ArrayInitRef {
    2.   private static int[] initArray(int length, ArrayBuilder builder) {
    3.       return builder.buildArray(length);
    4.   }
    6.   public static void main(String[] args) {
    7.       int[] array = initArray(10, length ‐> new int[length]);
    8.   }
    9. }

    但是更好的写法是使用数组的构造器引用：

    1. public class Demo12ArrayInitRef {
    2.   private static int[] initArray(int length, ArrayBuilder builder) {
    3.       return builder.buildArray(length);
    4.   }
    6.   public static void main(String[] args) {
    7.       int[] array = initArray(10, int[]::new);
    8.   }
    9. }

    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