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：

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

由于接口当中抽象方法的 public abstract 是可以省略的，所以定义一个函数式接口很简单：

public interface MyFunctionalInterface {   
	void myMethod();    
}

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：

@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
	void myMethod();    
}

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

对于刚刚定义好的 MyFunctionalInterface 函数式接口，典型使用场景就是作为方法的参数：

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

---

---

---

/*
    函数式接口:有且只有一个抽象方法的接口,称之为函数式接口
    当然接口中可以包含其他的方法(默认,静态,私有)

    @FunctionalInterface注解
    作用:可以检测接口是否是一个函数式接口
        是:编译成功
        否:编译失败(接口中没有抽象方法抽象方法的个数多余1个)
 */
@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
    //定义一个抽象方法
    public abstract void method();
}

/*
    @Override注解
    检查方法是否为重写的方法
        是:编译成功
        否:编译失败
 */
public class MyFunctionalInterfaceImpl implements MyFunctionalInterface{
    @Override
    public void method() {

    }

    /*@Override
    public void method2() {

    }*/

    /*@Override
    public void method3() {

    }*/
}

/*
    函数式接口的使用:一般可以作为方法的参数和返回值类型
 */
public class Demo {
    //定义一个方法,参数使用函数式接口MyFunctionalInterface
    public static void show(MyFunctionalInterface myInter){
        myInter.method();
    }

    public static void main(String[] args) {
        //调用show方法,方法的参数是一个接口,所以可以传递接口的实现类对象
        show(new MyFunctionalInterfaceImpl());

        //调用show方法,方法的参数是一个接口,所以我们可以传递接口的匿名内部类
        show(new MyFunctionalInterface() {
            @Override
            public void method() {
                System.out.println("使用匿名内部类重写接口中的抽象方法");
            }
        });

        //调用show方法,方法的参数是一个函数式接口,所以我们可以Lambda表达式
        show(()->{
            System.out.println("使用Lambda表达式重写接口中的抽象方法");
        });

        //简化Lambda表达式
        show(()-> System.out.println("使用Lambda表达式重写接口中的抽象方法"));
    }
}

第二章 函数式编程

在兼顾面向对象特性的基础上，Java语言通过Lambda表达式与方法引用等，为开发者打开了函数式编程的大门。

下面我们做一个初探。

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。

性能浪费的日志案例

注:日志可以帮助我们快速的定位问题，记录程序运行过程中的情况，以便项目的监控和优化。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：

public class Demo01Logger {
    private static void log(int level, String msg) {
        if (level == 1) {
           System.out.println(msg);  
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello";
        String msgB = "World";
        String msgC = "Java";
        log(1, msgA + msgB + msgC);
    }
}

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，存在性能浪费。

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。

/*
    日志案例

    发现以下代码存在的一些性能浪费的问题
    调用showLog方法,传递的第二个参数是一个拼接后的字符串
    先把字符串拼接好,然后在调用showLog方法
    showLog方法中如果传递的日志等级不是1级
    那么就不会是如此拼接后的字符串
    所以感觉字符串就白拼接了,存在了浪费
 */
public class Demo01Logger {
    //定义一个根据日志的级别,显示日志信息的方法
    public static void showLog(int level, String message){
        //对日志的等级进行判断,如果是1级别,那么输出日志信息
        if(level==1){
            System.out.println(message);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //定义三个日志信息
        String msg1 = "Hello";
        String msg2 = "World";
        String msg3 = "Java";

        //调用showLog方法,传递日志级别和日志信息
        showLog(2,msg1+msg2+msg3);

    }
}

体验Lambda的更优写法

使用Lambda必然需要一个函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder { 
   String buildMessage(); 
}

然后对 log 方法进行改造：

public class Demo02LoggerLambda {
    private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
        if (level == 1) {
           System.out.println(builder.buildMessage());  
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello";
        String msgB = "World";
        String msgC = "Java";
        log(1, () ‐> msgA + msgB + msgC );
    }
}

这样一来，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。

/*
    使用Lambda优化日志案例
    Lambda的特点:延迟加载
    Lambda的使用前提,必须存在函数式接口
 */
public class Demo02Lambda {
    //定义一个显示日志的方法,方法的参数传递日志的等级和MessageBuilder接口
    public static void showLog(int level, MessageBuilder mb){
        //对日志的等级进行判断,如果是1级,则调用MessageBuilder接口中的builderMessage方法
        if(level==1){
            System.out.println(mb.builderMessage());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //定义三个日志信息
        String msg1 = "Hello";
        String msg2 = "World";
        String msg3 = "Java";

        //调用showLog方法,参数MessageBuilder是一个函数式接口,所以可以传递Lambda表达式
        /*showLog(2,()->{
            //返回一个拼接好的字符串
            return  msg1+msg2+msg3;
        });*/

        /*
            使用Lambda表达式作为参数传递,仅仅是把参数传递到showLog方法中
            只有满足条件,日志的等级是1级
                才会调用接口MessageBuilder中的方法builderMessage
                才会进行字符串的拼接
            如果条件不满足,日志的等级不是1级
                那么MessageBuilder接口中的方法builderMessage也不会执行
                所以拼接字符串的代码也不会执行
            所以不会存在性能的浪费
         */
        showLog(1,()->{
            System.out.println("不满足条件不执行");
            //返回一个拼接好的字符串
            return  msg1+msg2+msg3;
        });
    }
}

@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder {
    //定义一个拼接消息的抽象方法,返回被拼接的消息
    public abstract String builderMessage();
}

证明Lambda的延迟

下面的代码可以通过结果进行验证：

public class Demo03LoggerDelay {
    private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
        if (level == 1) {
           System.out.println(builder.buildMessage());  
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello";
        String msgB = "World";
        String msgC = "Java";
        log(2, () ‐> {
            System.out.println("Lambda执行！");
            return msgA + msgB + msgC;
        });
    }
}

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。

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

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。

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
public class Demo06Comparator {
    private static Comparator<String> newComparator() {
       return (a, b) ‐> b.length() ‐ a.length();  
    }
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = { "abc", "ab", "abcd" };
        System.out.println(Arrays.toString(array));
        Arrays.sort(array, newComparator());
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
}

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。

import java.util.function.Supplier;
public class Demo08Supplier {
    private static String getString(Supplier<String> function) {
       return function.get();  
    }
    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello";
        String msgB = "World";
        System.out.println(getString(() ‐> msgA + msgB));
    }
}

3.2 练习：求数组元素最大值

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。

解答

public class Demo02Test {
    //定一个方法,方法的参数传递Supplier,泛型使用Integer
    public static int getMax(Supplier<Integer> sup){
        return sup.get();
    }
    public static void main(String[] args) {
        int arr[] = {2,3,4,52,333,23};
        //调用getMax方法,参数传递Lambda
        int maxNum = getMax(()‐>{
           //计算数组的最大值
           int max = arr[0];
           for(int i : arr){
               if(i>max){
                   max = i;
               }
           }
           return max;
        });
        System.out.println(maxNum);
    }
}

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。

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：

import java.util.function.Consumer;
public class Demo09Consumer {
    private static void consumeString(Consumer<String> function) {
       function.accept("Hello");  
    }
    public static void main(String[] args) {
        consumeString(s ‐> System.out.println(s));
    }
}

当然，更好的写法是使用方法引用。

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：

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

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：

import java.util.function.Consumer;
public class Demo10ConsumerAndThen {
    private static void consumeString(Consumer<String> one, Consumer<String> two) {
       one.andThen(two).accept("Hello");  
    }
    public static void main(String[] args) {
        consumeString(
            s ‐> System.out.println(s.toUpperCase()),
            s ‐> System.out.println(s.toLowerCase()));
    }
}

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

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。

public static void main(String[] args) {
   String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男" };  
}

解答

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

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。

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：

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

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。

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：

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

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：

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

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：

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

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：

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

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：

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

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：

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

3.6 练习：集合信息筛选

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。

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" };  
    }
}

解答

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<String> list = filter(array,
                                   s ‐> "女".equals(s.split(",")[1]),
                                   s ‐> s.split(",")[0].length() == 4);
        System.out.println(list);
    }
    private static List<String> filter(String[] array, Predicate<String> one,
                                       Predicate<String> two) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (String info : array) {
            if (one.and(two).test(info)) {
                list.add(info);
            }
        }
        return list;
    }
}

3.7 Function接口

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。

抽象方法：apply

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。使用的场景例如：将 String 类型转换为 Integer 类型。

import java.util.function.Function;
public class Demo11FunctionApply {
    private static void method(Function<String, Integer> function) {
        int num = function.apply("10");
        System.out.println(num + 20);
    }
    public static void main(String[] args) {
        method(s ‐> Integer.parseInt(s));
    }
}

当然，最好是通过方法引用的写法。

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：

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

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：

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

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

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：
String str = "赵丽颖,20";

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。

解答

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<String, String> one,
                                 Function<String, Integer> two,
                                 Function<Integer, Integer> three) {
        return one.andThen(two).andThen(three).apply(str);
    }
}

第四章 Stream流

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。

4.1 引言

传统集合的多步遍历代码

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：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo01ForEach {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("张无忌");
        list.add("周芷若");
        list.add("赵敏");
        list.add("张强");
        list.add("张三丰");
        for (String name : list) {
           System.out.println(name);  
        }
    } 
}

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。

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：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo02NormalFilter {
   public static void main(String[] args) {  
       List<String> list = new ArrayList<>();  
        list.add("张无忌");
        list.add("周芷若");
        list.add("赵敏");
        list.add("张强");
        list.add("张三丰");
        List<String> zhangList = new ArrayList<>();
        for (String name : list) {
            if (name.startsWith("张")) {
               zhangList.add(name);  
            }
        }
        List<String> shortList = new ArrayList<>();
        for (String name : zhangList) {
            if (name.length() == 3) {
               shortList.add(name);  
            }
        }
        for (String name : shortList) {
           System.out.println(name);  
        }
    }
}

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。

那，Lambda的衍生物Stream能给我们带来怎样更加优雅的写法呢？

Stream的更优写法

下面来看一下借助Java 8的Stream API，什么才叫优雅：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo03StreamFilter {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("张无忌");
        list.add("周芷若");
        list.add("赵敏");
        list.add("张强");
        list.add("张三丰");
        list.stream()
           .filter(s ‐> s.startsWith("张"))  
            .filter(s ‐> s.length() == 3)
            .forEach(System.out::println);
    }
}

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

注意：请暂时忘记对传统IO流的固有印象！

当需要对多个元素进行操作（特别是多步操作）的时候，考虑到性能及便利性，我们应该首先拼好一个“模型”步骤方案，然后再按照方案去执行它。

在这里插入图片描述

这张图中展示了过滤、映射、跳过、计数等多步操作，这是一种集合元素的处理方案，而方案就是一种“函数模型”。图中的每一个方框都是一个“流”，调用指定的方法，可以从一个流模型转换为另一个流模型。而最右侧的数字3是最终结果。

这里的 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。

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。

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

根据Map获取流

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：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Stream;
public class Demo05GetStream {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new HashMap<>();
        // ...
        Stream<String> keyStream = map.keySet().stream();
        Stream<String> valueStream = map.values().stream();
        Stream<Map.Entry<String, String>> entryStream = map.entrySet().stream();
    }
}

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：

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

在这里插入图片描述

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。

逐一处理：forEach

虽然方法名字叫 forEach ，但是与for循环中的“for-each”昵称不同。

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。

复习Consumer接口

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

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

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：

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。

在这里插入图片描述

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：

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。

基本使用

Stream流中的 filter 方法基本使用的代码如：

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

在这里通过Lambda表达式来指定了筛选的条件：必须姓张。

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：

<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。
在这里插入图片描述

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：

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”。

基本使用

Stream流中的 map 方法基本使用的代码如：

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

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）。

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：

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：

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

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：

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：
在这里插入图片描述

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

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：

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：

在这里插入图片描述

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

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 ：

static <T> Stream<T> concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b)

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：

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

4.5 练习：集合元素处理（传统方式）

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：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class DemoArrayListNames {
    public static void main(String[] args) {
       //第一支队伍
        ArrayList<String> one = new ArrayList<>();
        one.add("迪丽热巴");
        one.add("宋远桥");
        one.add("苏星河");
        one.add("石破天");
        one.add("石中玉");
        one.add("老子");
        one.add("庄子");
        one.add("洪七公");
        //第二支队伍
        ArrayList<String> two = new ArrayList<>();
        two.add("古力娜扎");
        two.add("张无忌");
        two.add("赵丽颖");
        two.add("张三丰");
        two.add("尼古拉斯赵四");
        two.add("张天爱");
        two.add("张二狗");
// ....        
    }
}

而 Person 类的代码为：

public class Person {
   
    private String name;
    public Person() {}
    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{name='" + name + "'}";
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

解答

既然使用传统的for循环写法，那么：

public class DemoArrayListNames {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> one = new ArrayList<>();
        // ...
        List<String> two = new ArrayList<>();
        // ...
        // 第一个队伍只要名字为3个字的成员姓名；
        List<String> oneA = new ArrayList<>();
        for (String name : one) {
            if (name.length() == 3) {
                oneA.add(name);
            }
        }
        // 第一个队伍筛选之后只要前3个人；
        List<String> oneB = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            oneB.add(oneA.get(i));
        }
        // 第二个队伍只要姓张的成员姓名；
        List<String> twoA = new ArrayList<>();
        for (String name : two) {
            if (name.startsWith("张")) {
                twoA.add(name);
            }
        }
        // 第二个队伍筛选之后不要前2个人；
        List<String> twoB = new ArrayList<>();
        for (int i = 2; i < twoA.size(); i++) {
            twoB.add(twoA.get(i));
        }
        // 将两个队伍合并为一个队伍；
        List<String> totalNames = new ArrayList<>();
        totalNames.addAll(oneB);
        totalNames.addAll(twoB);
        // 根据姓名创建Person对象；
        List<Person> totalPersonList = new ArrayList<>();
        for (String name : totalNames) {
            totalPersonList.add(new Person(name));
        }
        // 打印整个队伍的Person对象信息。
        for (Person person : totalPersonList) {
            System.out.println(person);
        }
    }
}

运行结果为：

Person{name='宋远桥'}
Person{name='苏星河'}
Person{name='石破天'}
Person{name='张天爱'}
Person{name='张二狗'}

4.6 练习：集合元素处理（Stream方式）

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。

解答

等效的Stream流式处理代码为：

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

运行效果完全一样：

Person{name='宋远桥'}
Person{name='苏星河'}
Person{name='石破天'}
Person{name='张天爱'}
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：

@FunctionalInterface
public interface Printable {
   void print(String str);  
}

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：

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

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：

public class Demo02PrintRef {
    private static void printString(Printable data) {
        data.print("Hello, World!");
    }
    public static void main(String[] args) {
       printString(System.out::println);  
    }
}

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。

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

推导与省略

5.5 通过对象名引用成员方法

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：

@FunctionalInterface
public interface PrintableInteger {
   void print(int str);  
}

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：

public class Demo03PrintOverload {
    private static void printInteger(PrintableInteger data) {
       data.print(1024);  
    }
    public static void main(String[] args) {
       printInteger(System.out::println);  
    }
}

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：

public class MethodRefObject {
    public void printUpperCase(String str) {
       System.out.println(str.toUpperCase());  
    }
}

函数式接口仍然定义为：

@FunctionalInterface
public interface Printable {
   void print(String str);  
}

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：

public class Demo04MethodRef {
    private static void printString(Printable lambda) {
       lambda.print("Hello");  
    }
    public static void main(String[] args) {
        MethodRefObject obj = new MethodRefObject();
        printString(obj::printUpperCase);
    }
}

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：

@FunctionalInterface
public interface Calcable {
   int calc(int num);  
}

第一种写法是使用Lambda表达式：

public class Demo05Lambda {
    private static void method(int num, Calcable lambda) {
       System.out.println(lambda.calc(num));  
    }
    public static void main(String[] args) {
       method(‐10, n ‐> Math.abs(n));  
    }
}

但是使用方法引用的更好写法是：

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

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：

@FunctionalInterface
public interface Greetable {
   void greet();  
}

然后是父类 Human 的内容：

public class Human {
    public void sayHello() {
       System.out.println("Hello!");  
    }
}

最后是子类 Man 的内容，其中使用了Lambda的写法：

public class Man extends Human {
    @Override
    public void sayHello() {
        System.out.println("大家好,我是Man!");
    }
    //定义方法method,参数传递Greetable接口
    public void method(Greetable g){
        g.greet();
    }
    public void show(){
        //调用method方法,使用Lambda表达式
        method(()‐>{
            //创建Human对象,调用sayHello方法
            new Human().sayHello();
        });
        //简化Lambda
        method(()‐>new Human().sayHello());
        //使用super关键字代替父类对象
        method(()‐>super.sayHello());
    }
}

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 ：

public class Man extends Human {
    @Override
    public void sayHello() {
        System.out.println("大家好,我是Man!");
    }
    //定义方法method,参数传递Greetable接口
    public void method(Greetable g){
        g.greet();
    }
    public void show(){
        method(super::sayHello);
    }
}

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：

@FunctionalInterface
public interface Richable {
   void buy(); 
}

下面是一个丈夫 Husband 类：

public class Husband {
    private void marry(Richable lambda) {
       lambda.buy();  
    }
    public void beHappy() {
       marry(() ‐> System.out.println("买套房子"));  
    }
}

开心方法 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:

public class Husband {
    private void buyHouse() {
       System.out.println("买套房子");  
    }
    private void marry(Richable lambda) {
       lambda.buy();  
    }
    public void beHappy() {
       marry(() ‐> this.buyHouse());  
    }
}

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：

public class Husband {
    private void buyHouse() {
       System.out.println("买套房子");  
    }
    private void marry(Richable lambda) {
       lambda.buy();  
    }
    public void beHappy() {
       marry(this::buyHouse);  
    }
}

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：

public class Person {
    private String name;
    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

然后是用来创建 Person 对象的函数式接口：

public interface PersonBuilder {
    Person buildPerson(String name);
}

要使用这个函数式接口，可以通过Lambda表达式：

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

但是通过构造器引用，有更好的写法：

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

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：

@FunctionalInterface
public interface ArrayBuilder {
   int[] buildArray(int length);  
}

在应用该接口的时候，可以通过Lambda表达式：

public class Demo11ArrayInitRef {  
    private static int[] initArray(int length, ArrayBuilder builder) {
       return builder.buildArray(length);  
    }
    public static void main(String[] args) {
       int[] array = initArray(10, length ‐> new int[length]);  
    }
}

但是更好的写法是使用数组的构造器引用：

public class Demo12ArrayInitRef {
    private static int[] initArray(int length, ArrayBuilder builder) {
       return builder.buildArray(length);  
    }
    public static void main(String[] args) {
       int[] array = initArray(10, int[]::new);  
    }
}

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