java8-Stream流常用API

什么是 Stream

Stream（流）是 Java 8 引入的一个新的抽象概念，它代表着一种处理数据的序列。简单来说，Stream 是一系列元素的集合，这些元素可以是集合、数组、I/O 资源或者其他数据源。

Stream API 提供了丰富的操作方法，可以对 Stream 中的元素进行各种转换、过滤、映射、聚合等操作，从而实现对数据的处理和操作。Stream API 的设计目标是提供一种高效、可扩展和易于使用的方式来处理大量的数据。

Stream 具有以下几个关键特点：

1. 数据源：Stream 可以基于不同类型的数据源创建，如集合、数组、I/O 资源等。你可以通过调用集合或数组的 stream() 方法来创建一个流。
2. 数据处理：Stream 提供了丰富的操作方法，可以对流中的元素进行处理。这些操作可以按需求组合起来，形成一个流水线式的操作流程。常见的操作包括过滤（filter）、映射（map）、排序（sorted）、聚合（reduce）等。
3. 惰性求值：Stream 的操作是惰性求值的，也就是说在定义操作流程时，不会立即执行实际计算。只有当终止操作（如收集结果或遍历元素）被调用时，才会触发实际的计算过程。
4. 不可变性：Stream 是不可变的，它不会修改原始数据源，也不会产生中间状态或副作用。每个操作都会返回一个新的流对象，以保证数据的不可变性。
5. 并行处理：Stream 支持并行处理，可以通过 parallel() 方法将流转换为并行流，利用多核处理器的优势来提高处理速度。在某些情况下，使用并行流可以极大地提高程序的性能。
6. 通过使用 Stream，我们可以使用简洁、函数式的方式处理数据。相比传统的循环和条件语句，Stream 提供了更高层次的抽象，使代码更具可读性、简洁性和可维护性。它是一种强大的工具，可以帮助我们更有效地处理和操作集合数据。

Stream 的特性和优势

1. 简化的编程模型：Stream 提供了一种更简洁、更声明式的编程模型，使代码更易于理解和维护。通过使用 Stream API，我们可以用更少的代码实现复杂的数据操作，将关注点从如何实现转移到了更关注我们想要做什么。
2. 函数式编程风格：Stream 是基于函数式编程思想设计的，它鼓励使用不可变的数据和纯函数的方式进行操作。这种风格避免了副作用，使代码更加模块化、可测试和可维护。此外，Stream 还支持 Lambda 表达式，使得代码更加简洁和灵活。
3. 惰性求值：Stream 的操作是惰性求值的，也就是说在定义操作流程时并不会立即执行计算。只有当终止操作被调用时，才会触发实际的计算过程。这种特性可以避免对整个数据集进行不必要的计算，提高了效率。
4. 并行处理能力：Stream 支持并行处理，在某些情况下可以通过 parallel() 方法将流转换为并行流，利用多核处理器的优势来提高处理速度。并行流能够自动将数据划分为多个子任务，并在多个线程上同时执行，提高了处理大量数据的效率。
5. 优化的性能：Stream API 内部使用了优化技术，如延迟执行、短路操作等，以提高计算性能。Stream 操作是通过内部迭代器实现的，可以更好地利用硬件资源，并适应数据规模的变化。
6. 支持丰富的操作方法：Stream API 提供了许多丰富的操作方法，如过滤、映射、排序、聚合等。这些方法可以按需求组合起来形成一个操作流程。在组合多个操作时，Stream 提供了链式调用的方式，使代码更加简洁和可读性更强。
7. 可以操作各种数据源：Stream 不仅可以操作集合类数据，还可以操作其他数据源，如数组、I/O 资源甚至无限序列。这使得我们可以使用相同的编程模型来处理各种类型的数据。

如何创建 Stream 对象

1. 从集合创建：我们可以通过调用集合的 stream() 方法来创建一个 Stream 对象。例如：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
Stream<Integer> stream = numbers.stream();

2. 从数组创建：Java 8 引入了 Arrays 类的 stream() 方法，我们可以使用它来创建一个 Stream 对象。例如：

String[] names = {"Alice", "Bob", "Carol"};
Stream<String> stream = Arrays.stream(names);

3. 通过 Stream.of() 创建：我们可以使用 Stream.of() 方法直接将一组元素转换为 Stream 对象。例如：

Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5);

4. 通过 Stream.builder() 创建：如果我们不确定要添加多少个元素到 Stream 中，可以使用 Stream.builder() 创建一个 Stream.Builder 对象，并使用其 add() 方法来逐个添加元素，最后调用 build() 方法生成 Stream 对象。例如：

Stream.Builder<String> builder = Stream.builder();
builder.add("Apple");
builder.add("Banana");
builder.add("Cherry");
Stream<String> stream = builder.build();

5. 从 I/O 资源创建：Java 8 引入了一些新的 I/O 类（如 BufferedReader、Files 等），它们提供了很多方法来读取文件、网络流等数据。这些方法通常返回一个 Stream 对象，可以直接使用。例如：

Path path = Paths.get("data.txt");
try (Stream<String> stream = Files.lines(path)) {
    // 使用 stream 处理数据
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

6. 通过生成器创建：除了从现有的数据源创建 Stream，我们还可以使用生成器来生成元素。Java 8 中提供了 Stream.generate() 方法和 Stream.iterate() 方法来创建无限 Stream。例如：

Stream<Integer> stream = Stream.generate(() -> 0); 
Stream<Integer> stream = Stream.iterate(0, n -> n + 1); 

tips：需要注意的是，Stream 对象是一种一次性使用的对象，它只能被消费一次。一旦对 Stream 执行了终止操作（如收集结果、遍历元素），Stream 就会被关闭，后续无法再使用。因此，在使用 Stream 时，需要根据需要重新创建新的 Stream 对象。

常用的 Stream 操作方法

1. 过滤（Filter）：filter() 方法接受一个 Predicate 函数作为参数，用于过滤 Stream 中的元素。只有满足 Predicate 条件的元素会被保留下来。例如：

Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5);
Stream<Integer> filteredStream = stream.filter(n -> n % 2 == 0); 

2. 映射（Map）：map() 方法接受一个 Function 函数作为参数，用于对 Stream 中的元素进行映射转换。对每个元素应用函数后的结果会构成一个新的 Stream。例如：

Stream<String> stream = Stream.of("apple", "banana", "cherry");
Stream<Integer> mappedStream = stream.map(s -> s.length()); 

3. 扁平映射（FlatMap）：flatMap() 方法类似于 map() 方法，不同之处在于它可以将每个元素映射为一个流，并将所有流连接成一个流。这主要用于解决嵌套集合的情况。例如：

List<List<Integer>> nestedList = Arrays.asList(
    Arrays.asList(1, 2),
    Arrays.asList(3, 4),
    Arrays.asList(5, 6)
);
Stream<Integer> flattenedStream = nestedList.stream().flatMap(List::stream);

4. 截断（Limit）：limit() 方法可以限制 Stream 的大小，只保留前 n 个元素。例如：

Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5);
Stream<Integer> limitedStream = stream.limit(3); 

5. 跳过（Skip）：skip() 方法可以跳过 Stream 中的前 n 个元素，返回剩下的元素组成的新 Stream。例如：

Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5);
Stream<Integer> skippedStream = stream.skip(2); 

6. 排序（Sorted）：sorted() 方法用于对 Stream 中的元素进行排序，默认是自然顺序排序。还可以提供自定义的 Comparator 参数来指定排序规则。例如：

Stream<Integer> stream = Stream.of(5, 2, 4, 1, 3);
Stream<Integer> sortedStream = stream.sorted(); 

7. 去重（Distinct）：distinct() 方法用于去除 Stream 中的重复元素，根据元素的 equals() 和 hashCode() 方法来判断是否重复。例如：

Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 2, 3, 3, 3);
Stream<Integer> distinctStream = stream.distinct(); 

8. 汇总（Collect）：collect() 方法用于将 Stream 中的元素收集到结果容器中，如 List、Set、Map 等。可以使用预定义的 Collectors 类提供的工厂方法来创建收集器，也可以自定义收集器。例如：

Stream<String> stream = Stream.of("apple", "banana", "cherry");
List<String> collectedList = stream.collect(Collectors.toList()); 

9. 归约（Reduce）：reduce() 方法用于将 Stream 中的元素依次进行二元操作，得到一个最终的结果。它接受一个初始值和一个 BinaryOperator 函数作为参数。例如：

Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5);
Optional<Integer> sum = stream.reduce((a, b) -> a + b); 

10. 统计（Summary Statistics）：summaryStatistics() 方法可以从 Stream 中获取一些常用的统计信息，如元素个数、最小值、最大值、总和和平均值。例如：

IntStream stream = IntStream.of(1, 2, 3, 4, 5);
IntSummaryStatistics stats = stream.summaryStatistics();
System.out.println("Count: " + stats.getCount());
System.out.println("Min: " + stats.getMin());
System.out.println("Max: " + stats.getMax());
System.out.println("Sum: " + stats.getSum());
System.out.println("Average: " + stats.getAverage());

以上只是 Stream API 提供的一部分常用操作方法，还有许多其他操作方法，如匹配（Match）、查找（Find）、遍历（ForEach）、过滤（filter）、分组（group）、映射（map）等其他API。