Stream API и лямбда выражения в Java.

Лямбда — выражение в программировании — специальный синтаксис для определения функциональных объектов, заимствованный из λ-исчисления. То есть, используя функциональные объекты, можно объявлять функции в любом месте кода. Stream API в Java8 используется для работы с коллекциями, позволяя писать код в функциональном стиле.

Использование λ–выражения в Java дает возможность программисту внедрять функциональное программирование в парадигме объектно-ориентированного. Лямбда выражения -позволяют писать быстрее и делают код более ясным. В мире Java они появились в 8 версии и не остались незамеченными опытными программистами. Их очень хорошо применять Stream API.

Еще немного теории о лямбда выражениях:

• Лямбда-выражение является блоком кода с параметрами;
• Используйте лямбда-выражение,когда хотите выполнить блок кода в более поздний момент времени;
• Лямбда-выражения могут быть преобразованы в функциональные интерфейсы;
• Лямбда-выражения имеют доступ к final переменным из охватывающей области видимости;
• Ссылки на метод и конструктор ссылаются на методы или конструкторы без их вызова;
• Теперь вы можете добавить методы по умолчанию и статические методы к интерфейсам,которые обеспечивают конкретные реализации;
• Вы должны разрешать любые конфликты между методами по умолчанию из нескольких интерфейсов;

Для Stream есть два режима: последовательный и параллельный. Это позволяет задействовать возможности многоядерных процессоров. Коллекции используют fork/join параллелизм для разбиения работы на части.

Для того, чтобы была возможность работать со стрим API нужно выполнить такой алгоритм:

• создать stream;
• выполнить цепочку операций с объектами stream;
• выполнить терминальную операцию(объединение результата в коллекцию, агрегатная функция и т.д).

Создать стрим можно несколькими способами. Самые популярные из них будут в примерах:

• collection.stream()…
• Stream.of(значение1,… значениеN)…
• Arrays.stream(массив)…
• Files.lines(путь_к_файлу)…
• «строка».chars()…
• Stream.builder().add(…)….build()…
• collection.parallelStream()…
• Stream.iterate(начальное_условие, выражение_генерации)…
• Stream.generate(выражение_генерации)…

Пример: 

Код

1. package com.lambda;
2.  
3. import java.util.ArrayList;
4. import java.util.Arrays;
5. import java.util.HashMap;
6. import java.util.List;
7. import java.util.Map;
8. import java.util.stream.Stream;
9.  
10. public class LambdaAndStreamAPI {
11.     static Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
12.     static {
13.         map.put(1, "User1");
14.         map.put(2, "User2");
15.         map.put(3, "User3");
16.     }
17.  
18.     public static void main(String[] args) {
19.         map.forEach((k, v) -> System.out.println(k + " " + v));//обход мапы уже не такой громоздкий
20.        
21.         List<String> list = new ArrayList<>();
22.         list.stream().filter("a"::equals);//одно и то же
23.         Stream.of(list).filter("a"::equals);//просто разные способы
24.        
25.         System.out.println("abc4".chars().count());//вот, как можно быстро работать со строками
26.        
27.         int[] array = {3,5};
28.         System.out.println(Arrays.stream(array).average());//для масивов не нужно писать отдельных методов
29.     }
30.  
31. }

В примере выше мы просто рассмотрели, как можно вызвать работу стрим API. У него очень много полезных методов, которые могут заменить написание громоздкого кода. Например, теперь чтобы пройтись по мапе нужно написать всего одну строчку кода:  map.forEach((k, v) -> System.out.println(k + «=» + v));

Вот метод, который удаляет элемент списка

public List<Integer> removeEl(List<Integer> list, Integer el) {
list.removeIf(i -> i.equals(el));
return list;
}

Как по мне — это очень удобный механизм. Как я уже говорил: методов очень много приведу список самых популярных, по некоторым сделаю пример.

1. filter —  отфильтровывает записи, возвращает только записи, соответствующие условию. Пример: collection.stream().filter(«a1»::equals).count();
2. skipa — позволяет пропустить N первых элементов. Пример: list.stream().skip(list.size() -1).findFirst().orElse(«1»);
3. distinct — возвращает стрим без дубликатов (для метода equals). Пример: collection.stream().distinct().collect(Collectors.toList());
4. map — преобразует каждый элемент стрим. Пример: collection.stream().map((s) -> s +»_1″).collect(Collectors.toList());
5. peek — возвращает тот же стрим, но применяет функцию к каждому его элементу. Пример: collection.stream().map(String::toUpperCase).peek((e) -> System.out.print(«,» + e)).collect(Collectors.toList());
6. limit — позволяет ограничить выборку определенным количеством первых элементов. Пример: collection.stream().limit(2).collect(Collectors.toList());
7. sorted — позволяет сортировать значения либо в натуральном порядке, либо задавая Comparator. Пример: collection.stream().sorted().collect(Collectors.toList());
8. mapToInt, mapToDouble, mapToLong — аналог map, но возвращает числовой стрим (то есть стрим из числовых примитивов). Пример: collection.stream().mapToInt((s) -> Integer.parseInt(s)).toArray();
9. flatMap, flatMapToInt, flatMapToDouble, flatMapToLong — похоже на map, но может создавать из одного элемента несколько. Пример: collection.stream().flatMap((p) ->
   Arrays.asList(p.split(«,»)).stream()).toArray(String[]::new);
10. findFirst — возвращает первый элемент из стрима (возвращает Optional). Пример: collection.stream().findFirst().orElse(«1»);
11. findAny — возвращает любой подходящий элемент из стрим (возвращает Optional). Пример: collection.stream().findAny().orElse(«1»);
12. collect — представление результатов в виде коллекций и других структур данных. Пример: collection.stream().filter((s) -> s.contains(«1»)).collect(Collectors.toList());
13. count — возвращает количество элементов. Пример: collection.stream().filter(«a1»::equals).count();
14. anyMatch — возвращает true, если условие выполняется хотя бы для одного элемента. Пример: collection.stream().anyMatch(«a1»::equals);
15. noneMatch — возвращает true, если условие не выполняется ни для одного элемента. Пример: collection.stream().noneMatch(«a8»::equals);
16. allMatch — возвращает true, если условие выполняется для всех элементов. Пример: collection.stream().allMatch((s) -> s.contains(«1»));
17. min — возвращает минимальный элемент, в качестве условия использует компаратор. Пример: collection.stream().min(String::compareTo).get();
18. max — возвращает максимальный элемент, в качестве условия использует компаратор. Пример: collection.stream().max(String::compareTo).get();
19. forEach — применяет функцию к каждому объекту стрима, порядок при параллельном выполнении не гарантируется. Пример: set.stream().forEach((p) -> p.append(«_1»));
20. forEachOrdered — применяет функцию к каждому объекту стрим, сохранение порядка элементов гарантирует. Пример: list.stream().forEachOrdered((p) -> p.append(«_new»));
21. toArray — возвращает массив значений стрим. Пример: collection.stream().map(String::toUpperCase).toArray(String[]::new);
22. reduce — позволяет выполнять агрегатные функции на всей коллекцией и возвращать один результат. Пример: collection.stream().reduce((s1, s2) -> s1 + s2).orElse(0);
23. sum — возвращает сумму всех чисел. Пример: collection.stream().mapToInt((s) -> Integer.parseInt(s)).sum();
24. average — возвращает среднее арифметическое всех чисел. Пример: collection.stream().mapToInt((s) -> Integer.parseInt(s)).average();
25. mapToObj — преобразует числовой стрим обратно в объектный. Пример: intStream.mapToObj((id) -> new Key(id)).toArray();
26. isParallel — узнать является ли Stream параллельным parallel вернуть параллельный стрим, если он уже параллельный, то может вернуть самого себя;
27. sequential — вернуть последовательный стрим, если он уже последовательный, то может вернуть самого себя.

Теперь реальные жизненные ситуации использования Stream API и лямбда выражений.

Для этого я создал класс User с набором стандартных полей пользователя и заполнил коллекции тестовыми юзерами:

Код

1. /**
2.  * обычный класс пользователь с конструктором по умолчанию
3.  * сгенерированными методами equals, hashcode
4.  * @author admin
5.  *
6.  */
7. public class User {
8.  
9.     private int id;
10.     private String name;
11.     private int age;
12.     private String sex;
13.    
14.     public User() {
15.         // TODO Auto-generated constructor stub
16.     }
17.    
18.    
19.  
20.     public User(int id, String name, int age, String sex) {
21.         super();
22.         this.id = id;
23.         this.name = name;
24.         this.age = age;
25.         this.sex = sex;
26.     }
27.  
28.  
29.  
30.     public int getId() {
31.         return id;
32.     }
33.  
34.     public void setId(int id) {
35.         this.id = id;
36.     }
37.  
38.     public String getName() {
39.         return name;
40.     }
41.  
42.     public void setName(String name) {
43.         this.name = name;
44.     }
45.  
46.     public int getAge() {
47.         return age;
48.     }
49.  
50.     public void setAge(int age) {
51.         this.age = age;
52.     }
53.  
54.     public String getSex() {
55.         return sex;
56.     }
57.  
58.     public void setSex(String sex) {
59.         this.sex = sex;
60.     }
61.  
62.    
63.  
64.  
65.     @Override
66.     public int hashCode() {
67.         final int prime = 31;
68.         int result = 1;
69.         result = prime * result + age;
70.         result = prime * result + id;
71.         result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
72.         result = prime * result + ((sex == null) ? 0 : sex.hashCode());
73.         return result;
74.     }
75.  
76.  
77.  
78.     @Override
79.     public boolean equals(Object obj) {
80.         if (this == obj)
81.             return true;
82.         if (obj == null)
83.             return false;
84.         if (getClass() != obj.getClass())
85.             return false;
86.         User other = (User) obj;
87.         if (age != other.age)
88.             return false;
89.         if (id != other.id)
90.             return false;
91.         if (name == null) {
92.             if (other.name != null)
93.                 return false;
94.         } else if (!name.equals(other.name))
95.             return false;
96.         if (sex == null) {
97.             if (other.sex != null)
98.                 return false;
99.         } else if (!sex.equals(other.sex))
100.             return false;
101.         return true;
102.     }
103.  
104.  
105.  
106.     @Override
107.     public String toString() {
108.         return "User [id=" + id + ", name=" + name + ", age=" + age + ", sex=" + sex + "]";
109.     }
110.    
111.    
112.    
113.    
114. }

Код

1. import java.util.ArrayList;
2. import java.util.List;
3. import java.util.stream.Collectors;
4.  
5. public class Main {
6.  
7.     private static List<User> users = new ArrayList<>();
8.  
9.     static {// создаем наших юзеров и заполняем ими коллекцию
10.         User user1 = new User(1, "Ivan", 23, "man");
11.         User user2 = new User(2, "Olga", 45, "woman");
12.         User user3 = new User(3, "John", 12, "man");
13.         User user4 = new User(4, "Vitaliy", 25, "man");
14.         users.add(user1);
15.         users.add(user2);
16.         users.add(user3);
17.         users.add(user4);
18.     }
19.  
20.     /**
21.      * Что если мы хотим получить данные по некоторым условиям?
22.      * Не проблема: используем функцию filter и возвращаем коллекцию
23.      * @param bottomAge
24.      * @param topAge
25.      * @param sex
26.      * @return
27.      */
28.     public static List<User> getUsersByAgeRangeAndSex(int bottomAge, int topAge, String sex) {
29.         List<User> usersByAgeAndSex = users.stream()
30.                 .filter((p) -> p.getAge() > bottomAge && p.getAge() < topAge && p.getSex().equals(sex))
31.                 .collect(Collectors.toList());
32.         return usersByAgeAndSex;
33.     }
34.  
35.     /**
36.      * Функция average(), совместно с filter позволяют нам
37.      * получить среднее значение по некоторым полям и по фильтрам в одну строчку
38.      * @return
39.      */
40.     public static double getMensAverage() {
41.         return users.stream().filter((p) -> p.getSex().equals("man")).mapToInt(User::getAge).average().getAsDouble();
42.     }
43.  
44.     /**
45.      * Если нужно использовать несколько фильтров, можете смело это делать
46.      * можно добавить сколько условий, сколько этого требует задача
47.      * @return
48.      */
49.     public static int findCountOfWorkingPeople() {
50.         return (int) users.stream().filter((p) -> p.getAge() >= 18).filter(
51.                 (p) -> (p.getSex().equals("woman") && p.getAge() < 55) || (p.getSex().equals("man") && p.getAge() < 60))
52.                 .count();
53.     }
54.  
55.     /**
56.      * Удалить елемент из списка можно в одну строчку безо всякого труда
57.      * @param user
58.      * @return
59.      */
60.     public static List<User> removeUser(User user) {
61.         users.removeIf(i -> i.equals(user));
62.         return users;
63.     }
64.  
65.     public static void main(String[] args) {
66.         System.out.println(getUsersByAgeRangeAndSex(18, 30, "man"));
67.         System.out.println(getMensAverage());
68.         System.out.println(findCountOfWorkingPeople());
69.         System.out.println(removeUser(users.get(1)));
70.  
71.     }
72.  
73. }

Эти примеры — только малая часть, что можно делать с помощью лямбда выражений и Stream API. Я советую Вам посмотреть все методы и запомнить для себя наиболее полезные на Ваш взгляд. Например, как удаление элемента из списка.

На этом, думаю, пора заканчивать. Не забудьте поделиться этой статьей с друзьями и знакомыми (если, конечно, она Вам понравилась).