Streamy a lambda výrazy

Tomáš Pitner, Radek Ošlejšek, Marek Šabo, Jakub Čecháček

Kolekce typu Stream

Nyní, když známe pozadí lambda výrazů a jejich souvislost s funkcionálními rozhraními v Java Core API, zaměříme na jejich použití pro proudové zpracování dat zajišťované rozhraním java.util.stream.Stream.

  • Stream homogenní lineární struktura prvků (např. seznam)

  • Rozhraní Stream<T> obsahuje dva typy operací:

    • intermediate operations ("přechodné") — transformuje proud do dalšího proudu

    • terminal operation ("terminální", "koncová") — vyprodukuje výsledek nebo má vedlejší účinek

  • jedná se o "lazy collections" — prvky se vyhodnotí, až když se zavolá terminální operace a použije se její výsledek

Neplést jsi se vstupně/výstupními proudy (java.io.InputStream/OutputStream)

Motivační příklad

List<String> list = List.of("MUNI", "VUT", "X");
int count = list.stream()
                .filter(s -> s.length() > 1)
                .mapToInt(s -> s.length())
                .sum();
// count is 7

  • kolekci tranformujeme na proud

  • použijeme pouze řetězce větší než 1

  • transformujeme řetězec na přirozené číslo (délka řetězce)

  • zavoláme terminální operaci, která čísla sečte

Vytvoření Stream

Stream obvykle vytváříme z prvků kolekce, pole, nebo vyjmenováním.

Stream<String> stringStream;

List<String> names = new ArrayList<>();
stringStream = names.stream();

String[] names = new String[] { "A", "B" };
stringStream = Stream.of(names);

stringStream = Stream.of("C", "D", "E");

Odkazy na metody

Lambda výraz, který pouze volá metodu, se dá zkrátit vytvořením odkazu na (danou) metodu.

  • Zjištění délky řetězce s → s.length():

String::length

  • Vypsání prvků s → System.out.println(s):

System.out::println

Příklad použití Stream

List<String> names = ...
names.stream()
     .map(String::toUpperCase)
     .forEach(System.out::println);

  1. nejdříve vytvoří ze seznamu proud

  2. pak každý řetězec převede pomocí toUpperCase (průběžná operace)

  3. na závěr každý takto převedený řetězec vypíše (terminální operace)

Odpovídá sekvenční iteraci:

for(String name : names) {
   System.out.println(name.toUpperCase());
}

Přechodné metody třídy Stream I

Přechodné metody vrací proud, na který aplikují omezení:

  • Stream<T> distinct()

    • bez duplicit (podle equals)

  • Stream<T> limit(long maxSize)

    • proud obsahuje maximálně maxSize prvků

  • Stream<T> skip(long n)

    • zahodí prvních n prvků

  • Stream<T> sorted()

    • uspořádá podle přirozeného uspořádání

Přechodné metody třídy Stream II

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

    • Predicate = lambda výraz s jedním parametrem, vrací booolean

    • zahodí prvky, které nesplňují predicate

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

    • mapper je funkce, která bere prvky typu T a vrací prvky typu R

    • může vracet stejný typ, např. map(String::toUpperCase)

  • existují mapovací funkce mapToInt, mapToLong, mapToDouble

    • vracejí speciální IntStream, ..

    • obsahuje další funkce — např. average()

Terminální metody třídy Stream I

Terminální anebo ukončovací metody.

  • long count()

    • vrací počet prvků proudu

  • boolean allMatch(Predicate<? super T> predicate)

    • vrací true, když všechny prvky splňují daný predikát

  • boolean anyMatch(Predicate<? super T> predicate)

    • vrací true, když alespoň jeden prvek splňuje daný predikát

  • void forEach(Consumer<? super T> action)

    • aplikuje action na každý prvek proudu

    • např. forEach(System.out::println)

Terminální metody třídy Stream II

  • <A> A[] toArray(IntFunction<A[]> generator)

    • vytvoří pole daného typu a naplní jej prvky z proudu

    • String[] stringArray = streamString.toArray(String[]::new);

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

    • vytvoří kolekci daného typu a naplní jej prvky z proudu

    • Collectors je třída obsahující pouze statické metody

    • použití:

stream.collect(Collectors.toList());
stream.collect(Collectors.toCollection(TreeSet::new));

Příklad

int[] numbers = IntStream.range(0, 10) // 0 to 9
  .skip(2) // omit first 2 elements
  .limit(5) // take only first 5
  .map(x -> 2 * x) // double the values
  .toArray(); // make an array [4, 6, 8, 10, 12]

List<String> newList = list.stream()
  .distinct() // unique values
  .sorted() // ascending order
  .collect(Collectors.toList());

Set<String> set = Stream.of("an", "a", "the")
  .filter(s -> s.startsWith("a"))
  .collect(Collectors.toCollection(TreeSet::new));
  // [a, an]

Možný výsledek Optional

  • Optional<T> findFirst()

    • vrátí první prvek

  • Optional<T> findAny()

    • vrátí nějaký prvek

  • Optional<T> max/min(Comparator<? super T> comparator)

    • vrátí maximální/minimální prvek

V jazyce Haskell má Optional název Maybe.

Použití Optional

Optional<T> má metody:

  • boolean isPresent() — true, jestli obsahuje hodnotu

  • T get() — vrátí hodnotu, jestli neexistuje, vyhodí výjimku

  • T orElse(T other) — jestli hodnota neexistuje, vrátí other

int result = List.of(1, 2, 3)
  .stream()
  .filter(num -> num > 4)
  .findAny()
  .orElse(0);
// result is 0

Paralelní a sekvenční proud

List<Integer> integerList = List.of(1, 2, 3, 4, 5);
integerList.parallelStream()
           .forEach(i -> System.out.print(i + " "));
// 3 5 4 2 1
List<Integer> integerList = List.of(1, 2, 3, 4, 5);
integerList.stream()
           .forEach(i -> System.out.print(i + " "));
// 1 2 3 4 5

Konverze na proud — příklad I

Jak konvertovat následující kód na proud?

Set<Person> owners = new HashSet<>();
for (Car c : cars) {
  owners.add(c.getOwner());
}

Hint x → x.getOwner() se dá zkrátit na Car::getOwner.

Set<Person> owners = cars.stream()
          .map(Car::getOwner)
          .collect(Collectors.toSet());

Konverze na proud — příklad II

Jak konvertovat následující kód na proud?

Set<Person> owners = new HashSet<>();
for (Car c : cars) {
  if (c.hasExpiredTicket()) owners.add(c.getOwner());
}
Set<Person> owners =
cars.stream()
    .filter(c -> c.hasExpiredTicket())
    .map(Car::getOwner)
    .collect(Collectors.toSet());

Další zdroje