java 8中的stream api使用指南-mile米乐体育

java 8引入了全新的stream api。这里的stream和i/o流不同，它更像具有iterable的集合类，但行为和集合类又有所不同。

stream api引入的目的在于弥补java函数式编程的缺陷。对于很多支持函数式编程的语言，map()、reduce()基本上都内置到语言的标准库中了，不过，java 8的stream api总体来讲仍然是非常完善和强大，足以用很少的代码完成许多复杂的功能。

创建一个stream有很多方法，最简单的方法是把一个collection变成stream。我们来看最基本的几个操作：

public static void main(string[] args) {     list numbers = arrays.aslist(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);     stream stream = numbers.stream();     stream.filter((x) -> {         return x % 2 == 0;     }).map((x) -> {         return x * x;     }).foreach(system.out::println); }

集合类新增的stream()方法用于把一个集合变成stream，然后，通过filter()、map()等实现stream的变换。stream还有一个foreach()来完成每个元素的迭代。

为什么不在集合类实现这些操作，而是定义了全新的stream api？oracle官方给出了几个重要原因：

一是集合类持有的所有元素都是存储在内存中的，非常巨大的集合类会占用大量的内存，而stream的元素却是在访问的时候才被计算出来，这种“延迟计算”的特性有点类似clojure的lazy-seq，占用内存很少。

二是集合类的迭代逻辑是调用者负责，通常是for循环，而stream的迭代是隐含在对stream的各种操作中，例如map()。

要理解“延迟计算”，不妨创建一个无穷大小的stream。

如果要表示自然数集合，显然用集合类是不可能实现的，因为自然数有无穷多个。但是stream可以做到。

自然数集合的规则非常简单，每个元素都是前一个元素的值 1，因此，自然数发生器用代码实现如下：

class naturalsupplier implements supplier {      long value = 0;      public long get() {         this.value = this.value   1;         return this.value;     } }

反复调用get()，将得到一个无穷数列，利用这个supplier，可以创建一个无穷的stream：

public static void main(string[] args) {     stream natural = stream.generate(new naturalsupplier());     natural.map((x) -> {         return x * x;     }).limit(10).foreach(system.out::println); }

对这个stream做任何map()、filter()等操作都是完全可以的，这说明stream api对stream进行转换并生成一个新的stream并非实时计算，而是做了延迟计算。

当然，对这个无穷的stream不能直接调用foreach()，这样会无限打印下去。但是我们可以利用limit()变换，把这个无穷stream变换为有限的stream。

利用stream api，可以设计更加简单的数据接口。例如，生成斐波那契数列，完全可以用一个无穷流表示（受限java的long型大小，可以改为biginteger）：

class fibonaccisupplier implements supplier {      long a = 0;     long b = 1;      @override     public long get() {         long x = a   b;         a = b;         b = x;         return a;     } }  public class fibonaccistream {      public static void main(string[] args) {         stream fibonacci = stream.generate(new fibonaccisupplier());         fibonacci.limit(10).foreach(system.out::println);     } }

如果想取得数列的前10项，用limit(10)，如果想取得数列的第20~30项，用：

list list = fibonacci.skip(20).limit(10).collect(collectors.tolist());

最后通过collect()方法把stream变为list。该list存储的所有元素就已经是计算出的确定的元素了。

用stream表示fibonacci数列，其接口比任何其他接口定义都要来得简单灵活并且高效。

计算π可以利用π的展开式：

π/4 = 1 - 1/3   1/5 - 1/7   1/9 - ...

把π表示为一个无穷stream如下：

class pisupplier implements supplier {      double sum = 0.0;     double current = 1.0;     boolean sign = true;      @override     public double get() {         sum  = (sign ? 4 : -4) / this.current;         this.current = this.current   2.0;         this.sign = ! this.sign;         return sum;     } }  stream pistream = stream.generate(new pisupplier()); pistream.skip(100).limit(10)         .foreach(system.out::println);

这个级数从100项开始可以把π的值精确到3.13~3.15之间：

3.1514934010709914 3.1317889675734545 3.1513011626954057 3.131977491197821 3.1511162471786824 3.1321589012071183 3.150938243930123 3.132333592767332 3.1507667724908344 3.1325019323081857

利用欧拉变换对级数进行加速，可以利用下面的公式：

用代码实现就是把一个流变成另一个流：

class eulertransform implements function {      double n1 = 0.0;     double n2 = 0.0;     double n3 = 0.0;      @override     public double apply(double t) {         n1 = n2;         n2 = n3;         n3 = t;         if (n1 == 0.0) {             return 0.0;         }         return calc();     }      double calc() {         double d = n3 - n2;         return n3 - d * d / (n1 - 2 * n2   n3);     } }  stream pistream2 = stream.generate(new pisupplier()); pistream2.map(new eulertransform())          .limit(10)          .foreach(system.out::println);

可以在10项之内把π的值计算到3.141~3.142之间：

0.0 0.0 3.166666666666667 3.1333333333333337 3.1452380952380956 3.13968253968254 3.1427128427128435 3.1408813408813416 3.142071817071818 3.1412548236077655

还可以多次应用这个加速器：

stream pistream3 = stream.generate(new pisupplier()); pistream3.map(new eulertransform())          .map(new eulertransform())          .map(new eulertransform())          .map(new eulertransform())          .map(new eulertransform())          .limit(20)          .foreach(system.out::println);

20项之内可以计算出极其精确的值：

... 3.14159265359053 3.1415926535894667 3.141592653589949 3.141592653589719

可见用stream api可以写出多么简洁的代码，用其他的模型也可以写出来，但是代码会非常复杂。

作者简介

廖雪峰，十年软件开发经验，业余产品经理，精通java/python/ruby/visual basic/objective c/lisp等编程语言，对开源框架有深入研究，著有《spring 2.0核心技术与最佳实践》一书，多个业余开源项目托管在github。