Java Stream API

介紹

Java Stream API 是 Java 8 中新引入的一種數據處理方式。它的目標是提供一種簡單、高效、並行的處理集合、數組等數據源的方式，以取代原有的 for 循環和迭代器。Java Stream API 通過使用聚合操作（aggregation operation）操縱數據流，獲取或轉換數據。

前置知識

在深入學習 Java Stream API 之前，我們需要先掌握以下概念：

• 函數式介面（Functional Interface）：函數式介面是只有一個抽象方法的介面。
• Lambda 表達式：Lambda 表達式 是一種簡潔的，代碼行數少的而且可傳遞的對象，可以將 Lambda 表達式看作一段可以傳遞的代碼。它無需命名，旨在簡化 Java 程序中單一方法的某些語法的編寫。Lambda 方式可以使用 Functional Interface 來實現。

Stream API 的主要特點

Java Stream API 的主要特點可歸結為以下幾點：

• 內部迭代：Java Stream API 在迭代時會自動選擇並行或順序執行，無需手動進行線程管理。
• 一次執行：可以對源數據執行各種中間過程和操作，最終只進行一次完成操作。
• 不可變：Java Stream API 操作的結果是新流，源數據不變。
• 延遲執行：Java Stream API 的操作是惰性的，只有在最終執行中間過程的操作時才會被執行。

常用操作

篩選操作

篩選操作指的是通過保留或去除元素來篩選出需要的結果。以下是常用的篩選操作。

filter(Predicate)

filter方法接收一個 Predicate 函數式介面作為參數，返回一個只包含符合條件的元素的 Stream。

Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate)

示例：

List<String> strings = Arrays.asList("abc", "", "bc", "efg", "abcd","", "jkl");
Stream<String> filtered = strings.stream().filter(string -> !string.isEmpty());
filtered.forEach(System.out::println); //輸出不為空的字元串，即除了「」之外的字元串

distinct()

distinct方法返回由不同的元素組成的 Stream。

Stream<T> distinct()

示例：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 1, 3, 2, 4);
Stream<Integer> distinctNumbers = numbers.stream().distinct();
distinctNumbers.forEach(System.out::println); //輸出不重複的整數

映射操作

映射操作指的是將一個流中的元素映射到另一個流中。以下是常用的映射操作。

map(Function)

map方法用於將元素按照指定的 Function 轉換成另外的元素。Function 函數式介面接收一個參數並返回一個值。

<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper)

示例：

List<String> strings = Arrays.asList("abc", "efg", "qwerty");
Stream<Integer> mapped = strings.stream().map(String::length); //映射字元串的長度
mapped.forEach(System.out::println); //輸出各個字元串的長度

flatMap(Function)

flatMap方法接收一個 Function 函數式介面作為參數，可以將嵌套的 Stream 展平成一個 Stream。

<R> Stream<R> flatMap(Function<? super T, ? extends Stream<? extends R>> mapper)

示例：

List<List<String>> list = new ArrayList<>();
list.add(Arrays.asList("apple", "banana"));
list.add(Arrays.asList("orange", "lemon", "grape"));
Stream<String> flatMapped = list.stream().flatMap(Collection::stream);
flatMapped.forEach(System.out::println); //輸出展平後的字元串

排序操作

排序操作指對數據集合進行排序。Java Stream API 提供了兩種方式進行排序：自然排序和定製排序。

sorted()

sorted方法根據自然排序對源集合進行排序。

Stream<T> sorted()

示例：

List<String> strings = Arrays.asList("ccc", "aaa", "bbb", "ddd");
Stream<String> sorted = strings.stream().sorted();
sorted.forEach(System.out::println); //自然排序

sorted(Comparator)

sorted方法根據指定的 Comparator 介面對源集合進行排序。

Stream<T> sorted(Comparator<? super T> comparator)

示例：

List<String> strings = Arrays.asList("ccc", "aaa", "bbb", "ddd");
Stream<String> sorted = strings.stream().sorted((s1,s2)->s1.length()-s2.length());
sorted.forEach(System.out::println); //按字元串長度排序

聚合操作

聚合操作指獲取操作結果的操作，包括歸約、收集等操作。

reduce(T identity, BinaryOperator)

reduce方法接收一個初始值和一個 BinaryOperator(t,t)->t 函數，將集合中的元素逐一與上一個結果進行操作，返回一個包含操作結果的 Optional 對象。

T reduce(T identity, BinaryOperator<T> accumulator)

示例：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1,2,3,4);
Optional<Integer> sum = numbers.stream().reduce(0, (x,y)->x+y); //計算整數的和
sum.ifPresent(System.out::println); //輸出求和的結果

collect(Collector)

collect方法使用 Collectors 工廠類提供的方法將流轉換成集合、映射、字元串等，以操作結果的形式返回。

R collect(Collector<? super T, A, R> collector)

示例：

List<String> strings = Arrays.asList("abc", "def", "ghi");
List<String> collected = strings.stream().filter(s->s.startsWith("a")).collect(Collectors.toList());
collected.forEach(System.out::println); //輸出以「a」開頭的字元串

小結

Java Stream API 通過內部迭代的方式提供了一種高效、並行的數據處理方式，避免了原有的 for 循環和迭代器的繁瑣操作。通過上述常用操作，我們可以方便地對集合、數據進行篩選、映射、排序、聚合等操作，以得到我們預期的結果。通過學習 Java Stream API，我們可以更加輕鬆地對數據進行操作，提高開發效率。