Java Stream API: mapを使ったデータ変換完全ガイド

はじめに
1. mapとは
基本的なmapの使用例
1. 文字列を大文字に変換
2. 数値を倍に変換
mapの基本概念
mapとflatMapの違い
まとめ

はじめに

Java の Stream API は、大量のデータを効率的に処理するための便利な機能を提供します。その中でも map メソッドは、各要素を別の型に変換する中間操作を簡潔に実現します。

本記事では、map メソッドの基本的な使い方から応用例までを、コード例を交えながら詳しく解説します。さらに、flatMap メソッドとの違いや使い分けについても学びます。

mapとは

map は Stream API の中間操作で、各要素を別の要素に変換するために使用されます。これにより、データを加工したり、新しい型に変換する処理が簡単に記述できます。例えば、以下のような用途があります。

データの変換
オブジェクトのプロパティ抽出

基本的なmapの使用例

比較簡単な例から見ていきましょう。

文字列を大文字に変換

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class MapExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = Arrays.asList("alice", "bob", "charlie");

        // 大文字に変換
        List<String> upperCaseNames = names.stream()
                .map(String::toUpperCase)
                .collect(Collectors.toList());

        System.out.println("Upper Case Names: " + upperCaseNames); 
        // 実行結果: 
        // [ALICE, BOB, CHARLIE]
    }
}

数値を倍に変換

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class MapExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

        // 数値を倍に変換
        List<Integer> doubledNumbers = numbers.stream()
                .map(n -> n * 2)
                .collect(Collectors.toList());

        System.out.println("Doubled Numbers: " + doubledNumbers);
        // 実行結果:
        // [2, 4, 6, 8, 10]
    }
}

mapの基本概念

map は Stream API のメソッドの一つで、Function (関数型インターフェース) を参照として受け取り、それを適用した要素で構成される Stream を返します。

Functionとは

Function は、たった1つの基本メソッド apply を持つ関数型インターフェースです。この apply メソッドは参数を受け、その参数に依存した返り値を返します。主にラムダ式の関数定義を通じて実装されます。以下は、Function の基本例です。

import java.util.function.Function;

public class FunctionExample {
    public static void main(String[] args) {
        Function<Integer, String> intToString = n -> "Number: " + n;
        System.out.println(intToString.apply(5));
        // 実行結果:
        // Number: 5
    }
}

詳しくは、関数型インターフェースに関する記事を確認してみてください！

map で Function を利用する例

以下の例は、数値のリストの各要素の数値を倍に変換するものです。

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class MapExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

        // map で数値を倍に変換
        List<Integer> doubledNumbers = numbers.stream()
                .map(n -> n * 2)
                .collect(Collectors.toList());

        System.out.println("Doubled Numbers: " + doubledNumbers);
        // 実行結果:
        // Doubled Numbers: [2, 4, 6, 8, 10]
    }
}

Functionを別作することで、同じ条件を複数の場所で再利用できる為、コードの再利用性を高めることができます。Functionを作らずとも、別メソッドを用意しそれを利用することもできます。

ラムダ式のメソッド参照を利用する例

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class MapExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

        // メソッド参照を使用して数値を倍に変換
        List<Integer> doubledNumbers = numbers.stream()
                .map(MapExample::toDouble)
                .collect(Collectors.toList());

        System.out.println("Doubled Numbers: " + doubledNumbers);
    }

    // メソッド参照先
    public static Integer toDouble(Integer number) {
        return number * 2;
    }
}

map と似た中間操作にflatMapというものがあります。参考までに、mapとflatMapの違いについて解説していきます。

mapとflatMapの違い

map と似た中間操作にflatMapというものがあります。これらの違いは、以下のとおりです。

操作	入力データ構造	出力データ構造
map	Stream<T>	Stream<R>
flatMap	Stream<Stream<T>>	Stream<T>

map は個別の Stream を返しますが、それらを連続して一つのStreamに組み合わせません。
flatMap はすべての Stream を返した後、それらを連続して一つの Stream にまとめます。

それぞれの使い方を例を使って解説します。

mapの例

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class MapVsFlatMap {
    public static void main(String[] args) {
        List<List<String>> listOfLists = Arrays.asList(
            Arrays.asList("a", "b"),
            Arrays.asList("c", "d"),
            Arrays.asList("e", "f")
        );

        // map を使用
        List<Stream<String>> mapped = listOfLists.stream()
                .map(List::stream)
                .collect(Collectors.toList());

        System.out.println("Mapped: " + mapped); 
        // 実行結果:
        // [java.util.stream.ReferencePipeline$Head@xxx, ...]
    }
}

“a”, “b”のStream、 “c”, “d”のStream、”e”, “f”のStreamを格納しているList情報が出力されてます。多次元配列のイメージです。

flatMapの例

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class MapVsFlatMap {
    public static void main(String[] args) {
        List<List<String>> listOfLists = Arrays.asList(
            Arrays.asList("a", "b"),
            Arrays.asList("c", "d"),
            Arrays.asList("e", "f")
        );

        // flatMap を使用
        List<String> flattened = listOfLists.stream()
                .flatMap(List::stream)
                .collect(Collectors.toList());

        System.out.println("Flattened: " + flattened);
        // 実行結果:
        // [a, b, c, d, e, f]
    }
}

mapでは多次元配列のようなものが返ってきていましたが、ここでは１つのList情報が出力されています。

flatMapの使い所:

ネストしたリストや配列の平坦化
非同期処理の結果を統合
データの分解

以下は、文字列をスペースで分割して平坦化する例です。

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class FlatMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> sentences = Arrays.asList(
                "Hello World",
                "Java Stream API",
                "FlatMap Example"
        );

        // 各文字列をスペースで分割し、平坦化
        List<String> words = sentences.stream()
                .flatMap(sentence -> Arrays.stream(sentence.split(" ")))
                .collect(Collectors.toList());

        System.out.println("Words: " + words);
        // 実行結果:
        // [Hello, World, Java, Stream, API, FlatMap, Example]
    }
}