本文深入探讨了java stream api中`filter`方法与函数式参数的结合使用。通过分析一个具体的代码示例，我们将理解如何利用`predicate`和`function`来高效地从集合中筛选出基于特定属性的唯一元素，并揭示了其内部执行机制，包括`predicate`的生成与逐元素应用过程，以及如何通过状态管理实现去重逻辑。
理解Java Stream与filter操作
Java Stream API是Java 8引入的一项强大特性，它提供了一种声明式处理数据集合的管道化方式。filter是Stream中最常用的中间操作之一，它接收一个Predicate函数式接口作为参数，并返回一个只包含满足该Predicate条件的元素的新Stream。Predicate是一个函数式接口，定义了一个抽象方法test(T t)，该方法接受一个类型为T的参数并返回一个boolean值。
Function与Predicate：函数式接口的协同
在Java中，Function
- Function
：接受一个类型T的参数，并返回一个类型R的结果。例如，Person::getName就是一个Function ，它接收一个Person对象并返回其姓名（String）。 - Predicate
：接受一个类型T的参数，并返回一个boolean结果。它常用于过滤操作。
在提供的示例代码中，我们看到checkMethod方法巧妙地结合了这两个接口来实现去重逻辑。
import java.util.List;
import java.util.Objects;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.function.Function;
import java.util.function.Predicate;
public class StreamUniqueExample {
public static void main(String[] args) {
Person p1 = new Person("test1");
Person p2 = new Person("test2");
Person p3 = new Person("test1"); // Add a duplicate for demonstration
List l = List.of(p1, p2, p3);
// 预期结果：p1和p2会被保留，p3（因为与p1同名）会被过滤掉
var count = l.stream().filter(checkMethod(Person::getName)).count();
System.out.println("Unique names count: " + count); // 应该输出 2
}
/**
* 生成一个用于过滤Stream中重复元素的Predicate。
* 该Predicate根据指定的keyExtractor提取的键值进行去重判断。
*
* @param keyExtractor 用于从元素中提取作为去重依据的键的Function。
* @param Stream中元素的类型。
* @return 一个Predicate，当且仅当元素提取的键首次出现时返回true。
*/
public static final Predicate checkMethod(Function keyExtractor) {
Objects.requireNonNull(keyExtractor);
// 使用ConcurrentHashMap.newKeySet()创建一个线程安全的Set来存储已“见过”的键
final var seen = ConcurrentHashMap.newKeySet();
// 返回一个Predicate，其test方法在每次调用时尝试将键添加到seen集合中。
// Set.add()方法在元素首次添加时返回true，若元素已存在则返回false。
return t -> seen.add(keyExtractor.apply(t));
}
}
// Person.java (假设在同一文件或可访问的包中)
class Person {
private String name;
Person(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "Person{" + "name='" + name + '\'' + '}';
}
} checkMethod的内部工作机制解析
checkMethod方法是实现去重逻辑的核心。让我们详细分解它的作用：
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-
方法签名：
public static final
Predicate checkMethod(Function keyExtractor) 它是一个泛型方法，接受一个Function作为参数，并返回一个Predicate。
- keyExtractor：这个Function的目的是从Stream中的每个元素T中提取一个用于去重的“键”。在示例中，Person::getName被作为keyExtractor传入，它负责从Person对象中提取name字符串。
- 返回类型Predicate
：这意味着checkMethod的最终产物是一个可以对T类型元素进行判断（test）并返回boolean值的功能对象。
-
状态管理：
final var seen = ConcurrentHashMap.newKeySet();
在checkMethod内部，创建了一个ConcurrentHashMap.newKeySet()。这是一个线程安全的Set，用于存储所有已经“见过”的、由keyExtractor提取出的键。final关键字确保seen引用在checkMethod执行期间不会改变，但seen集合本身的内容是可变的。
-
生成Predicate：
return t -> seen.add(keyExtractor.apply(t));
这是checkMethod最关键的部分。它返回一个Lambda表达式，这个Lambda表达式实际上就是一个Predicate
的实例。 - t：代表Stream中的当前元素（例如，一个Person对象）。
- keyExtractor.apply(t)：调用传入的keyExtractor（例如Person::getName），从当前元素t中提取出用于去重的键（例如"test1"）。
- seen.add(...)：尝试将提取出的键添加到seen集合中。Set.add()方法的行为至关重要：
- 如果该键是第一次被添加到seen集合中，add()方法会成功添加并返回true。
- 如果该键已经存在于seen集合中，add()方法不会重复添加，并返回false。
Stream执行流程详解
现在，我们结合main方法中的调用来理解整个Stream的执行过程：
-
checkMethod的首次调用（Predicate生成阶段）：
l.stream().filter(checkMethod(Person::getName))
在Stream管道开始处理元素之前，checkMethod(Person::getName)会被立即且仅调用一次。这次调用会：
- 创建一个空的ConcurrentHashMap.newKeySet()，并将其引用赋值给seen变量。
- 返回一个Lambda表达式t -> seen.add(keyExtractor.apply(t))，这个Lambda表达式就是filter方法所期望的Predicate实例。
- 请注意，此时Stream中的任何元素都尚未被处理。
-
filter方法的逐元素应用（Predicate执行阶段）： 当Stream开始处理元素时，filter方法会遍历Stream中的每个Person对象，并对每个对象调用步骤1中生成的那个Predicate实例的test方法。
-
处理 p1 (Person("test1"))：
- keyExtractor.apply(p1) 返回 "test1"。
- seen.add("test1")：seen集合中尚无"test1"，所以"test1"被添加到seen中，add()返回true。
- filter接收到true，因此p1被保留在Stream中。
-
处理 p2 (Person("test2"))：
- keyExtractor.apply(p2) 返回 "test2"。
- seen.add("test2")：seen集合中尚无"test2"，所以"test2"被添加到seen中，add()返回true。
- filter接收到true，因此p2被保留在Stream中。
-
处理 p3 (Person("test1"))：
- keyExtractor.apply(p3) 返回 "test1"。
- seen.add("test1")：seen集合中已经有"test1"了，所以add()方法不会再次添加，并返回false。
- filter接收到false，因此p3被从Stream中过滤掉。
-
count终端操作：count()方法统计经过filter操作后Stream中剩余的元素数量。在本例中，p1和p2被保留，所以最终计数为2。
注意事项与总结
- Predicate的生命周期： checkMethod只执行一次，生成一个Predicate实例。这个Predicate实例内部维护着一个seen集合，并在Stream处理过程中反复被调用。
- 状态共享： seen集合是Predicate实例的内部状态。由于filter操作是逐元素进行的，这个seen集合能够正确地记录所有已经处理过的键，从而实现去重。
- 线程安全： 示例中使用了ConcurrentHashMap.newKeySet()来创建seen集合，这使得即使在并行Stream（l.parallelStream()）中使用此Predicate，去重逻辑也能保持线程安全。
- 通用性： 这种模式非常通用，可以用于基于任何属性（通过keyExtractor指定）对Stream中的对象进行去重。
- 惰性求值： Stream操作是惰性求值的。filter操作本身并不会立即处理所有元素，而是在遇到终端操作（如count()、collect()等）时，才会驱动整个管道的执行。
通过上述分析，我们清晰地理解了Java Stream中filter方法如何与自定义的Predicate以及Function参数协同工作，从而高效且优雅地实现了基于特定属性的元素去重功能。这种模式充分体现了函数式编程在Java中的强大表现力。
