java-course

Stream API

Stream API в Java — это современный API, представленный в Java 8, который позволяет выразительно и эффективно обрабатывать наборы данных (обычно коллекции) с помощью высокоуровневых операций над потоками данных. Он предоставляет функциональный подход к обработке данных, основанный на использовании лямбда-выражений.

Основные особенности Stream API:

Не хранит данные: Stream API не хранит данные, с которыми работает. Он оперирует исходными коллекциями и массивами в виде источников данных.
Не изменяет исходные данные: Все операции с данными через Stream API являются “non-mutating”, то есть не изменяют исходные коллекции.
Ленивость операций: Многие операции с потоками (фильтрация, преобразования и другие) являются ленивыми, что означает, что они выполняются только тогда, когда это действительно необходимо (например, когда нужно получить конечный результат).
Поддержка параллельной обработки: Stream API может прозрачно выполнять операции параллельно, что упрощает написание многопоточного кода.

Примеры использования Stream API

1. Фильтрация и подсчёт

Отфильтровать список строк по определённому критерию и подсчитать количество элементов, удовлетворяющих этому критерию:

import java.util.List;

public class StreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = List.of("Alice", "Bob", "Charlie", "David");
        long count = names.stream()
                          .filter(name -> name.startsWith("A"))
                          .count();
        System.out.println("Number of names starting with A: " + count);
    }
}

2. Преобразование элементов

Использовать map для преобразования каждого элемента списка (например, преобразовать строки в их длины):

import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class StreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = List.of("Alice", "Bob", "Charlie", "David");
        List<Integer> lengths = names.stream()
                                     .map(String::length)
                                     .toList();
        System.out.println("Lengths of names: " + lengths);
    }
}

3. Сортировка

Отсортировать список элементов с использованием заданного компаратора:

import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class StreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = List.of("Alice", "Bob", "Charlie", "David");
        List<String> sortedNames = names.stream()
                                        .sorted()
                                        .toList();
        System.out.println("Sorted names: " + sortedNames);
    }
}

4. Суммирование элементов

Суммировать числа в списке:

import java.util.List;

public class StreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = List.of(1, 2, 3, 4, 5);
        int sum = numbers.stream()
                         .reduce(0, Integer::sum);
        System.out.println("Sum of numbers: " + sum);
    }
}

5. Поиск элементов

Найти первый элемент в потоке, удовлетворяющий определённому условию:

import java.util.List;

public class StreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = List.of("Alice", "Bob", "Charlie", "David");
        String first = names.stream()
                            .filter(name -> name.startsWith("C"))
                            .findFirst()
                            .orElse("None");
        System.out.println("First name starting with C: " + first);
    }
}

Примеры создания потоков в Stream API

В Java Stream API предоставляет несколько способов создания потоков (streams). Вот основные методы, которые можно использовать для создания стримов:

1. Из коллекций

Самый распространенный способ создания стрима — из коллекций, поддерживающих интерфейс Collection (например, из List или Set):

import java.util.List;
import java.util.stream.Stream;

List<String> myList = List.of("apple", "banana", "pear", "kiwi", "orange");
Stream<String> stream = myList.stream();

2. Из массивов

Вы можете создать стрим непосредственно из массивов с помощью статического метода Arrays.stream():

import java.util.Arrays;
import java.util.stream.Stream;

String[] array = {"apple", "banana", "pear", "kiwi", "orange"};
Stream<String> stream = Arrays.stream(array);

3. Из стримов примитивных типов

Для примитивных типов данных (int, long, double) существуют специализированные стримы (IntStream, LongStream, DoubleStream), которые можно создавать через соответствующие методы в классах Arrays или Stream:

import java.util.stream.IntStream;

IntStream intStream = IntStream.range(1, 10); // стрим целых чисел от 1 до 9

4. Из других источников

Стримы можно создавать из различных источников, включая строки, файлы, или генерируя их на основе функций:

Использование Stream.of():

Stream<String> stream = Stream.of("apple", "banana", "pear", "kiwi", "orange");

Генерация стрима с помощью Stream.generate() или Stream.iterate():

Stream<Double> randomNumbers = Stream.generate(Math::random);
Stream<Integer> numbers = Stream.iterate(0, n -> n + 1);

5. Из файла

Создать стрим из строк файла можно с помощью методов в классе Files:

import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.stream.Stream;

try (Stream<String> lines = Files.lines(Paths.get("path/to/file.txt"))) {
    lines.forEach(System.out::println);
}

6. С помощью Builder

Можно использовать Stream.builder() для создания стрима вручную:

Stream.Builder<String> builder = Stream.builder();
Stream<String> stream = builder.add("apple").add("banana").add("pear").build();

Эти методы предоставляют гибкость для создания стримов из практически любого набора данных, поддерживая как статические, так и динамические источники данных в Java-приложениях.

Методы map() и flatMap()

В Java Stream API методы map и flatMap используются для преобразования элементов потока. Однако они работают немного по-разному и предназначены для различных задач.

Метод `map`

Метод map применяется к каждому элементу потока и возвращает новый поток, где каждый элемент был преобразован с помощью предоставленной функции. Этот метод используется, когда вам нужно преобразовать элементы одного потока в элементы другого типа или просто изменить их.

Пример: Преобразование списка строк в список их длин.

import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class MapExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> words = List.of("Hello", "World", "Java", "Stream");
        List<Integer> wordLengths = words.stream()
                                         .map(String::length)
                                         .collect(Collectors.toList());
        System.out.println(wordLengths);  // Выведет [5, 5, 4, 6]
    }
}

Метод `flatMap`

Метод flatMap также применяется к каждому элементу потока, но каждый элемент может быть преобразован в любое количество других элементов (включая ноль). В отличие от map, который возвращает поток объектов, flatMap может “сплющивать” несколько потоков в один поток. Этот метод часто используется для работы с потоками, которые содержат коллекции или массивы, преобразуя их в один поток элементов.

Пример: Преобразование списка списков чисел в один список чисел.

import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class FlatMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<List<Integer>> listOfLists = List.of(
            List.of(1, 2),
            List.of(3, 4, 5),
            List.of(6, 7, 8, 9)
        );

        List<Integer> allNumbers = listOfLists.stream()
                                              .flatMap(List::stream)
                                              .collect(Collectors.toList());
        System.out.println(allNumbers);  // Выведет [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
    }
}

Основное отличие:

map принимает функцию, которая принимает один элемент и возвращает один элемент.
flatMap принимает функцию, которая принимает один элемент и возвращает поток элементов, который затем сплющивается в один поток.

Таким образом, flatMap подходит для случаев, когда каждый элемент входного потока связан с коллекцией элементов, и вы хотите объединить все эти коллекции в один поток. В то время как map подходит для простого преобразования каждого элемента в другой элемент.