Java 8 返回集合中第一个匹配的元素

在 Java 8 之前如果我们要找到集合中第一个匹配元素,要使用外部循环,如下面方法 findFirstMatch() 如果找到一个大于 3 的数字立即返回它,否则返回 null

  public Integer findFirstMatch() {
    List<Integer> integers = Arrays.asList(1, 4, 2, 5, 6, 3);
    for(int i: integers) {
      if(i > 3) return i;
    }
    return null;
  }

因为在 for 循环中找到第一个大于 3 的数字是 4, 并且立即返回,所以不管集合 integers 再大,也不会遍历整个集合。

注:不要纠结于上面示例方法的实际用途,实际上集体和匹配条件都该通过参数传入方法的,这里只作演示循环。

那么我们来到 Java 8 之后用 Stream API 该如何实现,翻遍了 Stream API, 能过滤元素的操作也就是 filter 方法,于是尝试这样的写法

上面返回值也是 4. 由于使用其他语方的经验,上面用 findFirst() 方法只需要返回第一个匹配的元素,我们担心的是 filter() 操作是否会对集合中所有元素都判断一次,如果不是找到 4 立即返回,那么从一个大集合中查找元素的效率就降低。

答案是 filter() 在找到 4 之后也是立即停止遍历,与第一段代码中的 for(int : intergers) if(i > 3) return i 效果一致,因为 Stream 的中间操作在未遇到终止操作前是不会处理,它们是懒操作的。这里有两个概念, Stream API 的操作分为两类:

中间操作(Intermediate operations): 指的是仍然返回 Stream 类型的操作,如  filter, map, limit, sorted 等. 中间操作构成是一个管道操作。中间操作不产生任何结果。
终止操作(Terminal operations): 指的就是返回非 Stream 类型的操作,包括返回值为 void 的操作,如 findFirst, forEach, count, collect 等。

重复一遍:Stream 的中间操作在未遇到终止操作前是不会处理,它们是懒操作的。中间与终止操作类似于构造者模式,中间操作只是准备部件,在执行终止操作的时候才按需执行前面的中间操作,未执行 build() 方法前什么也不是。

联系上面的操作, filter 是中间操作,findFirst 是终止操作,filter 看到了 findFirst 后才开始执行,所以 filter 知道只需要返回一个元素就够了,所以找到一个元素也是立即返回,不再对后面的 2, 5, 6, 3  进行对比。我们可以用代码验证这一解释

上面代码的输出为

filter: 1
filter: 4
4

可以看出 filter 只走过了两个元素,看到 4 大于 3 立即返回

再来个 limit 方法的例子

输出为

filter: 1
filter: 4
filter: 2
filter: 5

这种立即返回的操作也叫做短路操作,和用 && 和  || 进行 boolean 操作类似。Stream 的短路操作包括: allMatch, noneMatch, findFirst, findAny 和 limit

最后证明一下中间操作在未碰到终止操作之前什么也不会处理

输出类似如下

java.util.stream.SliceOps$1@7ef20235

未进行一个过滤操作

为什么我们会担心 filter 或 map 总是会作用于所有集合元素呢?因为其他语言的 filter 或 map 可能不是懒操作。我们看下面的 Scala 代码,也是要取集合中第一个匹配的元素

scala> List(1, 4, 2, 5, 6).filter{i=>println(i); i > 3}.head
1
4
2
5
6
res2: Int = 4

Scala 即使只要找元素 4,但 filter 操作总是要对所有元素过一遍,filter 和 head 是按顺序操作的,filter 并不能知晓  head 的意图。因为 Scala 操作是集合本身,而 Java 8 操作的是集合相关联的 Stream 对象。这让我们在感叹 Java 8 集合操作每次都要调用 stream() 或 parallelStream() 的多余之外,同时能享受到 Stream 中间操作的懒惰行为带来便利与效率。

顺便体验一下,前面的 findFirstMatch() 方法用 Lambda 简单的写法只需一行

是的,用 Java 8 Lambda, 让代码就这么简单。如果 Java 8 也能支持像 Swift 那样的 @autoclousre 和默认参数名的话,希望能写成 return Stream.of(1, 4, 2, 5, 6, 3).filter($0 > 3).findFirst().orElse(null);

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