Stream 流

简介

Java 8 引入了一个全新的 API：Stream API，它可以极大地提高 Java 程序员的编程效率和程序的性能。Stream API 是一个来自于函数式编程的概念，它可以指定你希望对集合进行的操作，可以执行非常复杂的查找、过滤和映射数据等操作。

Stream 将要处理的元素集合看作一种流，流在管道中传输，通过管道可以对流进行某些计算和操作，比如筛选、排序、聚合等。 每一次操作都在原数据流的基础上生成一个新的流，这样就可以通过多次操作，将操作结果组合起来，最后得到想要的结果。

Stream API 提供了串行和并行两种模式进行操作，可以大大提高程序的运行效率。

Stream 操作分类

Stream 操作可以分为两种类型：中间操作（Intermediate Operations）和终端操作（Terminal Operations）。

Stream 操作分类

中间操作

一个流后面可以跟随零个或多个中间操作。其目的主要是打开流，做出某种程度的数据映射、过滤等操作，然后返回一个新的流，交给下一个操作使用。这类操作都是惰性化的(lazy)，就是说，仅调用到这类方法，并没有真正开始流的遍历。而是当有终端操作时，才开始执行。

中间操作主要有map、filter、distinct、sorted、peek、limit、skip、parallel、sequential 等。

中间操作又可以分为两种：

• 无状态操作：数据的处理不依赖于前面的数据，比如 map、filter 等操作。

• 有状态操作：数据的处理依赖于前面的数据，比如 sorted、distinct 等操作。

无状态操作

// 转换为大写
List<String> list = Arrays.asList("apple", "banana", "orange", "pear", "strawberry");
List<String> result = list.stream()
        .map(String::toUpperCase)
        .collect(Collectors.toList());
System.out.println(result);
// 输出：[APPLE, BANANA, ORANGE, PEAR, STRAWBERRY]

有状态操作

// 按照字符串长度排序
List<String> list = Arrays.asList("apple", "banana", "orange", "pear", "strawberry");
List<String> result = list.stream()
        .sorted((s1, s2) -> s1.length() - s2.length())
        .collect(Collectors.toList());
System.out.println(result);
// 输出：[pear, apple, banana, orange, strawberry]

终端操作

一个流只能有一个终端操作，当这个操作执行后，流就被使用“光”了，无法再被操作。所以这必定是流的最后一个操作。终端操作的执行，才会真正开始流的遍历，并且会生成一个结果，或者一个副作用。

终端操作主要有forEach、count、collect、reduce、min、max、findFirst、anyMatch、allMatch、noneMatch、toArray 等。

对于流的终端操作，可以分为两种：

• 非短路操作：对整个流的所有元素进行处理，比如forEach、count、collect、reduce等操作。

• 短路操作：对流中的前 N 个元素进行处理，比如findFirst、limit 等操作。

非短路操作

// 统计长度大于 5 的元素个数
List<String> list = Arrays.asList("apple", "banana", "orange", "pear", "strawberry");
long count = list.stream()
        .filter(s -> s.length() > 5)
        .count();
System.out.println(count);
// 输出：3

短路操作

// 找到第一个长度大于 5 的元素
List<String> list = Arrays.asList("apple", "banana", "orange", "pear", "strawberry");
Optional<String> result = list.stream()
      .filter(s -> s.length() > 5)
      .findFirst();
System.out.println(result.orElse("No result"));
// 输出：strawberry

Stream 的特点

Stream 的特点可以归纳为：

• 不是数据结构，不会保存数据：Stream 是一种从源数据中按照特定规则取数据的方式，而不是一个数据容器。

• 不支持索引访问：Stream 只能对数据进行一次遍历，遍历过一次后即用尽，就像流水一样只能消费一次。

• 不会改变源对象：Stream 的操作不会修改源数据对象，而是返回一个持有结果的新 Stream。

• 自动优化：Stream 会自动进行优化，比如延迟执行（lazy）和短路（short-circuiting）。只有在执行终端操作时，中间操作才会被执行。

• 链式调用：通过操作管道的方式，可以对操作进行链式调用，使代码更加简洁和易读。

• 支持并行操作：Stream 的操作可以是串行的，也可以是并行的，通过并行流可以利用多核处理器的优势，提高性能。