浅析 Java 8 的聚合操作

Oracle 在 2014 年 3 月 19 日如期发布了 Java 8。Java 8 版本被认为是具有里程碑意义的一个版本，Oracle 在该版本中添加了许多新特性，包括 Lambda 表达式、方法引用、加强了安全等等。

在众多的新特性中，聚合操作（Aggregate Operations）是针对集合类的一个比较大的变化。通过聚合操作，开发者可以更容易地使用 Lambda 表达式，并且更方便地实现对集合的查找、遍历、过滤以及常见计算等。

聚合操作与 Java 8 中的 Lambda 表达式、方法引用等新特性是相关的，一般一起组合使用，但这里只说明聚合操作的使用，下面就聚合操作的使用进行简单说明。

集合类的层次结构

集合类是 Java 语言提供的辅助类，是一种较为通用的数据结构，如 Map、Set、List 等。Java 中集合类层次关系如下：

图 1

如上图，Collection 是主要集合类的接口，其子接口（具化接口）有 Deque、Queue、Set、List 等。

Map 是另一种类型的集合，以 Key、Value 的键值对存储数据集。

在 Java 8 中，在 java.util.Collection 接口中添加了如下方法：

 
Stream<E> stream() {
   return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
}

stream() 方法的可见性修饰符为 default，这又是 Java 8 的新特性。在接口中（Collection 为 interface），本不需要（也不能）进行方法实现，但引入 default 修饰后就不同了。开发者不但可以进行方法的实现，而且还不用考虑向后兼容的问题。关于 Default Method 的详细解释，读者可以参考 Java 8 的官方文档。

正是 stream 方法引出了集合类的聚合操作。

[注意]

Map 接口中并没有 stream() 方法，但是 Map 的 values() 和 keySet() 均返回集合对象，在集合对象上当然是可以使用 stream() 方法的。

聚合操作实例

为说明聚合操作的使用，首先定义一个数据元素类 Person，如下：

 
import java.time.LocalDate;
 
public class Person {
   	String name;
   	LocalDate birthday;
   	Sex gender;
   	String emailAddress;
 
   	public int getAge() {
   		return LocalDate.now().getYear() - birthday.getYear();
   	}
   	
   	public void setBirthday(LocalDate birthday){
   		this.birthday = birthday;
   	}
 
   	public void setGender(Sex sex){
   		this.gender = sex;
   	}
   	
   	public void printPerson() {
   		System.out.println("The name is " + name);
   	}
   	
   	public Sex getGender(){
   		return gender;
   	}
 
   	public enum Sex {
   		MALE, FEMALE
   	}
   }

在 Java 8 以前的版本中，对 Person 集合的遍历往往采用以下方式：

 
Set<Person> persons = new HashSet<Person>();
<p>// 传统遍历方式 for (Person person : persons) { 	if (person.getAge() > 18) { 	    System.out.println(person.name + " is elder than 18."); 	} }</p>

同样的功能，在 Java 8 中使用聚合操作，可以实现如下：

 
// 使用聚合操作
persons.stream().filter(new Predicate<Person>() {
      @Override
   	public boolean test(Person person) {
   		if (person.getAge() > 18) {
   			return true;
   		} else {
   			return false;
   		}
   	}
   }).forEach(new Consumer<Person>() {
   	@Override
   	public void accept(Person person) {
   		System.out.println(person.name + " is elder than 18.");
   	}
   });

首先，在集合对象 persons 上调用 stream() 方法（聚合操作），取得 person 对象的数据集（elements），然后调用聚合操作 filter() 对集合中的元素进行过滤，再调用 forEach() 完成对符合条件的 person 的打印。

Predicate 和 Consumer 为 Java 8 中定义的函数接口 (Functional Interface)，在 java.util.function 包下面，函数接口也是 Java 8 的新特性。在上述代码中，使用了两个匿名类分别对 Predicate 和 Consumer 进行了实现，这两个接口都只有一个方法，这也是函数接口的特征之一。

上述代码中的写法还是比较繁琐的，为进一步简化，可以使用 Lambda 表达式实现，如下：

 
// 使用聚合操作及 Lambda
   persons.stream()
   	.filter(p -> p.getAge() >= 18)
   	.forEach(p -> System.out.println(p.name + " is elder than 18."));

因为 filter()、forEach() 的参数均为函数接口，所以可以替换为 Lambda 表达式的方式。简单来理解，Lambda 表达式就是允许开发者将代码逻辑作为参数进行传递，关于 Lambda 表达式的详细内容，请参 Java 8 的官方文档。

聚合操作的使用

聚合操作是 Java 8 针对集合类，使编程更为便利的方式，可以与 Lambda 表达式一起使用，达到更加简洁的目的。

前面例子中，对聚合操作的使用可以归结为 3 个部分：

1. 数据源部分：通过 stream() 方法，取得集合对象的数据集。
2. 通过一系列中间（Intermediate）方法，对数据集进行过滤、检索等数据集的再次处理。如上例中，使用 filter() 方法来对数据集进行过滤。
3. 通过最终（terminal）方法完成对数据集中元素的处理。如上例中，使用 forEach() 完成对过滤后元素的打印。

中间方法除了 filter() 外，还有 distinct()、sorted()、map() 等等，其一般是对数据集的整理（过滤、排序、匹配、抽取等等），返回值一般也是数据集。

最终方法往往是完成对数据集中数据的处理，如 forEach()，还有 allMatch()、anyMatch()、findAny()、findFirst()，数值计算类的方法有 sum、max、min、average 等等。最终方法也可以是对集合的处理，如 reduce()、collect() 等等。reduce() 方法的处理方式一般是每次都产生新的数据集，而 collect() 方法是在原数据集的基础上进行更新，过程中不产生新的数据集。

从上面的例子中可以看出，通过 stream() 方法，从集合对象获取的数据集与集合对象的迭代器（Iterator）有些类似，但他们也不完全相同：

1. 迭代器提供 next()、hasNext() 等方法，开发者可以自行控制对元素的处理，以及处理方式，但是只能顺序处理；
2. stream() 方法返回的数据集无 next() 等方法，开发者无法控制对元素的迭代，迭代方式是系统内部实现的，同时系统内的迭代也不一定是顺序的，还可以并行，如 parallelStream() 方法。并行的方式在一些情况下，可以大幅提升处理的效率。

除上述介绍的聚合操作外，Java 8 中还提供了其他更为丰富的聚合操作，读者可以参考 Java 8 的开发参考，了解更多内容。

总结

Java 8 提供的聚合操作，以及一起使用的 Lambda 表达式为开发者带来了便利，尤其在面向逻辑易变、开发迭代较快的项目应用时。但笔者个人认为，在带来方便的同时，可能也带来了一些麻烦，如相同逻辑的复用，以及代码的查错、修改等，当然这些问题也是相对而言的。毕竟，任何事物都有两面性，技术在不断的发展，Java 也在不断地调整自己的适应性，变得功能越来越多，越来越强大了。

感谢张龙对本文的审校。

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