一文搞懂 Java8 reduce操作

发表于:2023-12-25 09:29

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 作者:waynaqua    来源:waynblog

  什么是 reduce
  Java8 中有两大最为重要的改变,其一是 Lambda 表达式,另一个就是 Stream API 了。
  Stream 是 Java8 中处理集合的关键抽象概念,它将数据源流化后,可以执行非常复杂的查找、过滤和映射数据、排序、切片、聚合统计等操作。操作之后会产生一个新的流,而数据源则不会发生改变。
  在使用 Stream 操作的过程中,往往有三个步骤,
  1. 创建 Stream
  从一个数据源(集合,数组)中,新建一个 Stream 流。
  2. 中间操作
  一个中间操作链,对 Stream 流的数据进行处理。比如查找、过滤、映射转换等。
  3. 终止操作
  一个终止操作,执行中间操作链,并产生结果。常用的终止操作有 forearch、collect、match、count、min、max、reduce 等。
  其中本文主要讲解的 reduct 操作就属于是 Stream 流操作中的终止操作。
  reduce 操作是一种通用的归约操作,它可以实现从 Stream 中生成一个值,其生成的值不是随意的,而是根据指定的计算模型。
  比如终止操作中提到 count、min 和 max 方法,因为常用而被纳入标准库中。事实上这些方法都是一种 reduce 操作。
  本文大纲如下,
  reduce 操作三要素
  为了方便大家理解 reduce (规约)操作,先给大家演示一下 reduce 操作的相关代码示例,
  List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);
  int result = numbers
    .stream()
    .reduce(0, (subtotal, element) -> subtotal + element);
  assertThat(result).isEqualTo(21);
  可以看到,我们的 reduce 操作接受了三个参数,返回了一个 int 基本类型。
  在 Stream API 中,提供了三个 reduct 操作方法,根据参数不同进行区分。
  对应上方代码示例,也就是使用了接受两个参数的 reduce 方法,但其实接受两个参数的 reduce 方法的代码逻辑是和接受三个参数的 reduce 方法是一致的。通过上方截图可以看出。
  所以这里,我就直接给大家介绍下 reduce 操作的三个参数分别有什么作用即可。
  identiy 参数
  identiy(初始值)是 reduce 操作的初始值,也就是当元素集合为空时的默认结果。对应上方代码示例,也就是说 reduce 操作的初始值是 0。
  accumulator 参数
  accumulator(累加器)是一个函数,它接受两个参数,reduce 操作的部分元素和元素集合中的下一个元素。它返回一个新的部分元素。在这个例子中,累加器是一个 lambda 表达式,它将集合中两个整数相加并返回一个整数:(a, b) -> a + b。
  combiner 参数
  combiner(组合器)是一个函数,它用于在 reduce 操作被并行化或者当累加器的参数类型和实现类型不匹配时,将 reduce 操作的部分结果进行组合。在上面代码示例中,我们不需要使用组合器,因为上面我们的 reduce 操作不需要并行,而且累加器的参数类型和实现类型都是 Integer。
  为了方便大家理解 reduce 操作的内部逻辑,我给大家绘制了上面代码示例的执行示意图,如下:
  如何使用 reduce 操作
  为了更好地理解初始值,累加器和组合器的功能,让我们看一些基本的例子。
  使用 reduce 查询整数集合的最小值
  // 创建一个整数集合
  List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);
  // 找出集合中的最小值
  Integer min = numbers.stream().reduce((integer, integer2) -> {
      if (integer < integer2) {
          return integer;
      } else {
          return integer2;
      }
  }).get();
  // 输出结果
  System.out.println(min); // 1
  在这个例子中,我们使用了一个参数的 reduce 操作,它接受一个累加器函数。累加器函数会返回集合两个元素中,较小的元素。
  最终我们就可以找出集合中最小值 1。
  使用 reduce 操作拼接字符串列表
  我们可以对一个字符串列表使用 reduce 操作,将它们拼接成一个单一的字符串:
  // 创建一个字符串列表
  List<String> letters = Arrays.asList ("a", "b", "c", "d", "e");
  // 使用 reduce 操作拼接字符串列表
  String result = letters
    .stream ()
    .reduce ("", (partialString, element) -> partialString + element);
  // 输出结果
  System.out.println (result); // abcde
  在这个例子中,我们将初始值设为 "",累加器函数设为 (a, b) -> a + b,它表示将两个字符串拼接起来。
  我们可以看到,reduce 操作将累加器函数反复应用到列表中的每个元素上,得到最终的结果 abcde。
  使用并行流计算整数列表的总和
  List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5,6);
  // 使用并行流和 reduce() 方法计算整数列表的总和
  int result = numbers.parallelStream()
          .reduce(0, (a, b) -> a + b, Integer::sum);
  // 输出结果
  System.out.println(result); // 21
  在这个例子中,我们使用 parallelStream() 方法将列表转换为并行流,再使用 reduce() 方法对整数列表进行 reduce 操作,并使用 Integer::sum 作为合并函数 combiner,将并行计算的结果合并。
  使用并行流的好处能够充分利用多核 CPU 的优势,使用多线程加快对集合数据的处理速度。
  不过并行流也不是任何时候都可以使用的,并行流执行过程中实际按照多线程执行,多线程编程有的问题,并行流都有。
  比如多线程的线程安全,执行顺序等问题,并行流都是有的。这一点需要大家注意。
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