Operaciones Terminales en Java Streams

Clase 27 de 39 • Curso de Programación Funcional con Java SE

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Las operaciones terminales son aquellas operaciones que como resultado no generan un nuevo Stream. Su resultado puede variar según la operación. La utilidad de estas es poder generar un valor final a todas nuestras operaciones o consumir los datos finales. La razón principal para querer esto es que los datos deberán salir en algún punto de nuestro control y es con las operaciones terminales que hacemos esto.

Pensemos, por ejemplo, en un servidor web. Recibe una petición de datos, convierte la petición en un Stream<JSON>, procesa los datos usando filter o map, convierte de JSON a datos locales que sean manipulables por código Java y hace consumo de una base de datos. Todo esto mediante streams de diferentes tipos. Pero eventualmente tiene que devolver una respuesta para quien le hizo la petición.

¿Qué pasa si quien hizo la petición no esta usando Java? No podemos enviarle un objeto de tipo Stream a un código hecho en Python o en JavaScript… es ahi donde una operación final nos ayuda a convertir nuestro Stream de Java en algún tipo de dato que sea mas comprensible.

Otro ejemplo claro es si estamos creando una librería o creando código que más gente en nuestro equipo usará. Al crear nuestros métodos y clases usamos streams por aquí y lambdas por allá, pero al exponer estos métodos para uso de otros desarrolladores no podemos obligarlos a usar Stream.

Las razones son variadas. No queremos obligar y limitar a quienes usen nuestro código a trabajar con un solo tipo dato. No sabemos qué versión de Java está usando quien use nuestro código. No sabemos si Stream está disponible en su parte del código (por ejemplo, en Android no estaba disponible del todo), etc.

Es por ello que quisiéramos proveer de algo mas simple: listas, primitivos o incluso dar algún mecanismo para poder usar código externo de nuestro lado.

Las operaciones terminales más comunes que se encuentran en Stream son:

  • anyMatch()
  • allMatch()
  • noneMatch()
  • findAny()
  • findFirst()
  • min()
  • max()
  • reduce()
  • count()
  • toArray()
  • collect()
  • forEach()

Revisaremos qué hacen y qué utilidad tienen durante esta lectura.

Operaciones terminales de coincidencia

anyMatch, allMatch, noneMatch

Las operaciones anyMatch, allMatch y noneMatch sirven para determinar si en un Stream hay elementos que cumplan con un cierto Predicate. Esto puede ser una forma simple de validar los datos de un Stream. Son terminales pues las tres retornan un boolean:

//Nos indica si un stream contiene un elemento según el Predicate que le pasemos:
Stream<Integer> numbersStream = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11);
boolean biggerThanTen = numbersStream.anyMatch(i -> i > 10); //true porque tenemos el 11

//allMatch
//Nos indica si todos los elementos de un Stream cumplen con un cierto Predicate:
Stream<Integer> agesStream = Stream.of(19, 21, 35, 45, 12);
boolean allLegalDrinkingAge = agesStream.allMatch(age -> age > 18); //false, tenemos un menor

//noneMatch
//Nos indica si todos los elementos de un Stream NO CUMPLEN un cierto Predicate:
Stream<Integer> oddNumbers = Stream.of(1, 3, 5, 7, 9, 11);
boolean allAreOdd = oddNumbers.noneMatch(i -> i % 2 == 0);

Operaciones terminales de búsqueda

findAny, findFirst

Estas operaciones retornan un Optional<T> como resultado de buscar un elemento dentro del Stream.

La diferencia entre ambas es que findFirst retornara un Optional conteniendo el primer elemento en el Stream si el Stream tiene definida previamente una operación de ordenamiento o para encontrar elementos. De lo contrario, funcionará igual que findAny, tratando de devolver cualquier elemento presente en el Stream de forma no determinista (random)

Si el elemento encontrado es null, tendrás que lidiar con una molesta NullPointerException. Si el Stream esta vacío, el retorno es equivalente a Optional.empty().

La principal razón para usar estas operaciones es poder usar los elementos de un Stream después haber filtrado y convertido tipos de datos. Con Optional nos aseguramos que, aún si no hubiera resultados, podremos seguir trabajando sin excepciones o escribiendo condicionales para validar los datos.

Operaciones terminales de reducción

min, max

Son dos operaciones cuya finalidad es obtener el elemento más pequeño (min) o el elemento más grande (max) de un Stream usando un Comparator. Puede haber casos de Stream vacíos, es por ello que las dos operaciones retornan un Optional para en esos casos poder usar Optional.empty.

La interfaz Comparator es una @FunctionalInterface, por lo que es sencillo usar min y max con lambdas:

Stream<Long> bigNumbers = Stream.of(100L, 200L, 1000L, 5L);
Optional<Long> minimumOptional = bigNumbers.min((numberX, numberY) -> (int) Math.min(numberX, numberY));

reduce

Esta operación existe en tres formas:

  • reduce(valorInicial, BinaryOperator)
  • reduce(BinaryAccumulator)
  • reduce(valorInicial, BinaryFunction, BinaryOperator)

La diferencia entre los 3 tipos de invocación:

reduce(BinaryAccumulator)

Retorna un Optional del mismo tipo que el Stream, con un solo valor resultante de aplicar el BinaryAccumulator sobre cada elemento o Optional.empty() si el stream estaba vacío. Puede generar un NullPointerException en casos donde el resultado de BinaryAccumulator sea null.

Stream<String> aLongStoryStream = Stream.of("Cuando", "despertó,", "el", "dinosaurio", "todavía", "estaba", "allí.");
Optional<String> longStoryOptional = aLongStoryStream.reduce((previousStory, nextPart) -> previousStory + " " + nextPart);
longStoryOptional.ifPresent(System.out::println); //"Cuando despertó, el dinosaurio todavía estaba allí."

reduce(valorInicial, BinaryOperator)

Retorna un valor del mismo tipo que el Stream después de aplicar BinaryOperator sobre cada elemento del Stream. En caso de un Stream vacío, el valorInicial es retornado.

Stream<Integer> firstTenNumbersStream = Stream.iterate(0, i -> i + 1).limit(10);
int sumOfFirstTen = firstTenNumbersStream.reduce(0, Integer::sum); //45 -> 0 + 1 + … + 9

Y el caso mas interesante…

reduce(valorInicial, BinaryFunction<V, T, V>, BinaryOperator<V>)

Genera un valor de tipo V después de aplicar BinaryFunction sobre cada elemento de tipo T en el Stream y obtener un resultado V.

Esta version de reduce usa el BinaryFunction como map + reduce. Es decir, por cada elemento en el Stream se genera un valor V basado en el valorInicial y el resultado anterior de la BinaryFunction. BinaryOperator se utiliza en streams paralelos (stream.parallel()) para determinar el valor que se debe mantener en cada iteración.

Stream<String> aLongStoryStreamAgain = Stream.of("Cuando", "despertó,", "el", "dinosaurio", "todavía", "estaba", "allí.");
int charCount = aLongStoryStreamAgain.reduce(0, (count, word) -> count + word.length(), Integer::sum);

count

Una operación sencilla: sirve para obtener cuantos elementos hay en el Stream.

Stream<Integer> yearsStream = Stream.of(1990, 1991, 1994, 2000, 2010, 2019, 2020);
long yearsCount = yearsStream.count(); //7, solo nos dice cuantos datos tuvo el stream.

La principal razón de usar esta operación es que, al aplicar filter o flatMap, nuestro Stream puede crecer o disminuir de tamaño y, tal vez, de muchas operaciones solo nos interese saber cuántos elementos quedaron presentes en el Stream. Por ejemplo, cuantos archivos se borraron o cuantos se crearon por ejemplo.

toArray

Agrega todos los elementos del Stream a un arreglo y nos retorna dicho arreglo. La operación genera un Object[], pero es sposible hacer castings al tipo de dato del Stream.

collect

Mencionamos la operación collect en la lectura sobre operaciones y collectors, donde mencionamos que:

Collector<T, A, R> es una interfaz que tomara datos de tipo T del Stream, un tipo de dato mutable A, donde se irán agregando los elementos (mutable implica que podemos cambiar su contenido, como un LinkedList) y generara un resultado de tipo R. Usando java.util.stream.Collectors podemos convertir sencillamente un Stream en un Set, Map, List, Collection, etc. La clase Collectors ya cuenta con métodos para generar un Collector que corresponda con el tipo de dato que tu Stream esta usando. Incluso vale la pena resaltar que Collectors puede generar un ConcurrentMap que puede ser de utilidad si requieres de multiples threads.

public List<String> getJavaCourses(Stream<String> coursesStream) {
    List<String> javaCourses =
        coursesStream.filter(course -> course.contains("Java"))
            .collect(Collectors.toList());

    return javaCourses;
}

Operaciones terminales de iteración

forEach

Tan simple y tan lindo como un clásico for. forEach es una operación que recibe un Consumer<T> y no tiene un valor de retorno (void). La principal utilidad de esta operación es dar un uso final a los elementos del Stream.

Stream<List<String>> courses = getCourses();
courses.forEach(courseList -> System.out.println("Cursos disponibles: " + courseList));

Conclusiones

Las operaciones terminales se encargan de dar un fin y liberar el espacio usado por un Stream. Son también la manera de romper los encadenamientos de métodos entre streams y regresar a nuestro código a un punto de ejecución lineal. Como su nombre lo indica, por lo general, son la ultima operación presente cuando escribes chaining:

Stream<Integer> infiniteStream = Stream.iterate(0, x -> x + 1);
List<Integer> numbersList = infiniteStream.limit(1000)
    .filter(x -> x % 2 == 0) // Operación intermedia
    .map(x -> x * 3) //Operación intermedia
    .collect(Collectors.toList()); //Operación final

Por ultimo, recuerda que una vez que has agregado una operación a un Stream, el Stream original ya no puede ser utilizado. Y más aun al agregar una operación terminal, pues esta ya no crea un nuevo Stream. Internamente, al recibir una operación, el Stream en algún punto llama a su método close, que se encarga de liberar los datos y la memoria del Stream.