Stream流式编程详解，让代码变得更优雅

1、流式编程的概念和作用

流式编程（Stream Programming）是一种编程范式，它强调使用流（Stream）来处理数据序列。在流式编程中，数据被看作是一系列连续的元素流，而不是离散的数据集合。流式编程的目标是通过使用串行或并行的操作链来处理数据，从而实现更简洁、更可读和更可维护的代码。

以下是流式编程的一些核心概念和作用：

1. 链式操作：流式编程允许你通过链式操作对数据进行处理。你可以将多个操作链接在一起，形成一个操作链。每个操作都会对数据流进行处理，并将结果传递给下一个操作。这种链式操作的方式使得代码更加清晰、简洁，减少了临时变量和中间步骤的使用。

2. 懒执行：流式编程支持懒执行（Lazy Evaluation）。这意味着在一个操作链中，每个操作只在需要时才会被执行，而不是立即对所有的数据进行处理。这种延迟执行的特性可以提高性能，避免不必要的计算。

3. 并行处理：流式编程可以很容易地实现并行处理。通过使用并行流（Parallel Stream），你可以将数据分成多个部分，并在多个线程上并行处理这些部分。这对于处理大规模数据集或需要耗时的操作非常有用，可以显著提高程序的执行效率。

4. 函数式编程：流式编程借鉴了函数式编程的思想。它鼓励使用函数式的方式来处理数据，如使用Lambda表达式、函数接口等。函数式编程的特点是无副作用、不可变性和纯函数，这些特性使得代码更加可靠、可测试和可扩展。

5. 提高代码可读性：使用流式编程可以将复杂的数据处理逻辑以一种更直观、更易懂的方式表达出来。链式操作和函数式编程的特性使得代码更加简洁、易读，减少了冗余的代码和临时变量的使用。

流式编程通过使用流、链式操作和函数式编程的思想，提供了一种优雅、简洁的方式来处理数据。它可以提高代码的可读性和可维护性，同时还可以提高程序的性能和扩展性。

2、java中stream流

Java Stream是Java 8引入的一个功能强大的API，用于处理集合数据。它提供了一种函数式编程的方式来操作集合，使得代码更简洁、可读性更好。

Java Stream提供了一系列的操作，包括过滤、映射、排序、聚合等。你可以使用Stream对集合进行筛选、转换、排序等操作，而无需显式地使用循环和条件语句。

下面是一个简单的示例，展示了如何使用Java Stream对一个整数集合进行筛选和求和的操作：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);

int sum = numbers.stream()
                .filter(n -> n % 2 == 0) // 过滤偶数
                .mapToInt(n -> n)       // 转换为int类型
                .sum();                 // 求和

System.out.println(sum); // 输出：30

在这个例子中，我们首先将整数集合转换为Stream，然后使用filter方法筛选出偶数，接着使用mapToInt方法将Stream中的元素转换为int类型，最后使用sum方法求和。

Java Stream还提供了很多其他的操作方法，如forEach、collect、reduce等，可以根据具体的需求选择合适的方法进行操作。使用Java Stream可以简化代码，提高代码的可读性和可维护性。

3、如何创建 Stream 对象

1. 通过集合创建：你可以通过集合的stream()方法来创建一个Stream对象。例如：

List<String> list = Arrays.asList("apple", "banana", "orange");
Stream<String> stream = list.stream();

2. 通过数组创建：你可以使用Arrays类的stream()方法来创建一个Stream对象。例如：

String[] array = {"apple", "banana", "orange"};
Stream<String> stream = Arrays.stream(array);

3. 通过Stream.of()方法创建：你可以使用Stream类的of()方法来创建一个Stream对象，直接指定元素作为参数。例如：

Stream<String> stream = Stream.of("apple", "banana", "orange");

4. 通过Stream.builder()创建：你可以使用Stream.Builder类来逐步构建一个Stream对象。例如：

Stream.Builder<String> builder = Stream.builder();
builder.add("apple");
builder.add("banana");
builder.add("orange");
Stream<String> stream = builder.build();

5. 通过文件创建：你可以使用Files类的lines()方法来创建一个Stream对象，读取文件中的行作为Stream的元素。例如：

Path path = Paths.get("file.txt");
Stream<String> stream = Files.lines(path);

Java 8和之后的版本提供了更多的方法来创建Stream对象，如使用IntStream、LongStream、Stream.iterate()等。

4、常用的 Stream 操作方法

Java Stream提供了丰富的操作方法，可以对数据流进行各种处理和转换。下面是一些常用的Stream操作方法：

1. filter(Predicate predicate)：根据给定的条件（Predicate）过滤流中的元素，只保留满足条件的元素。

2. map(Function mapper)：对流中的每个元素应用给定的映射函数（Function），将元素转换为另一种类型。

3. flatMap(Function mapper)：对流中的每个元素应用给定的映射函数（Function），将元素转换为一个新的流，并将所有新流的元素合并为一个流。

4. distinct()：去除流中的重复元素，使得流中的元素保持唯一性。

5. sorted()：对流中的元素进行排序，默认按照自然顺序进行排序。也可以使用自定义的Comparator来指定排序规则。

6. limit(long maxSize)：限制流的大小，截取前面的指定数量的元素。

7. skip(long n)：跳过流的前面指定数量的元素，返回剩余的元素。

8. forEach(Consumer action)：对流中的每个元素执行指定的操作（Consumer）。

9. collect(Collector collector)：将流中的元素收集到一个容器中，如List、Set、Map等。

10. reduce(BinaryOperator accumulator)：将流中的元素按照指定的二元操作（BinaryOperator）进行归约，返回一个Optional对象。

11. anyMatch(Predicate predicate)：判断流中是否存在满足给定条件（Predicate）的元素，返回一个boolean值。

12. allMatch(Predicate predicate)：判断流中的所有元素是否都满足给定条件（Predicate），返回一个boolean值。

13. noneMatch(Predicate predicate)：判断流中是否没有满足给定条件（Predicate）的元素，返回一个boolean值。

5、Stream 的中间操作

5.1、过滤操作（filter）

过滤操作（filter）是Java Stream中的一种常用操作方法，它用于根据给定的条件来筛选流中的元素，只保留满足条件的元素。filter方法接受一个Predicate函数式接口作为参数，该接口定义了一个用于判断元素是否满足条件的方法。

下面是使用filter方法进行过滤操作的示例：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);

List<Integer> evenNumbers = numbers.stream()
                                   .filter(n -> n % 2 == 0)
                                   .collect(Collectors.toList());

System.out.println(evenNumbers);  // 输出：[2, 4, 6, 8, 10]

在上面的示例中，我们创建了一个包含整数的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用filter方法传入一个Lambda表达式作为参数，该Lambda表达式定义了一个判断元素是否为偶数的条件（n % 2 == 0）。最后，使用collect方法将过滤后的元素收集到一个新的List集合中。

需要注意的是，filter方法只是对流中的元素进行筛选，它并不会改变流本身。因此，你可以在filter操作之后继续对流进行其他操作，如映射、排序、归约等。filter方法可以根据具体的需求和条件来进行灵活的过滤操作。

5.2、映射操作（map）

映射操作（map）是Java Stream中的一种常用操作方法，它用于对流中的每个元素应用给定的映射函数，并将元素转换为另一种类型。map方法接受一个Function函数式接口作为参数，该接口定义了一个将输入元素转换为输出元素的方法。

下面是使用map方法进行映射操作的示例：

List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie", "David");

List<Integer> nameLengths = names.stream()
                                 .map(String::length)
                                 .collect(Collectors.toList());

System.out.println(nameLengths);  // 输出：[5, 3, 7, 5]

在上面的示例中，我们创建了一个包含字符串的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用map方法传入一个方法引用（String::length）作为参数，该方法引用表示将输入字符串转换为其长度的操作。最后，使用collect方法将映射后的结果收集到一个新的List集合中。

需要注意的是，map方法只是对流中的元素进行映射，它并不会改变流本身。因此，你可以在map操作之后继续对流进行其他操作，如过滤、排序、归约等。map方法可以根据具体的需求和映射逻辑来进行灵活的转换操作。

5.3、排序操作（sorted）

排序操作（sorted）是Java Stream中的一种常用操作方法，它用于对流中的元素进行排序。sorted方法可以按照自然顺序或者通过自定义的Comparator来进行排序。

下面是使用sorted方法进行排序操作的示例：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(5, 2, 8, 1, 9, 3, 6, 4, 7);

List<Integer> sortedNumbers = numbers.stream()
                                      .sorted()
                                      .collect(Collectors.toList());

System.out.println(sortedNumbers);  // 输出：[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

在上面的示例中，我们创建了一个包含整数的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用sorted方法对流中的元素进行排序。由于没有传入Comparator参数，所以使用默认的自然顺序进行排序。最后，使用collect方法将排序后的元素收集到一个新的List集合中。

通过这个示例，我们成功地对原始集合中的整数进行了升序排序，并将排序结果收集到了一个新的List集合中。

如果你想使用自定义的排序规则，可以通过传入Comparator参数给sorted方法来实现。例如，如果要按照元素的降序进行排序，可以使用如下代码：

List<Integer> sortedNumbers = numbers.stream()
                                      .sorted(Comparator.reverseOrder())
                                      .collect(Collectors.toList());

需要注意的是，sorted方法只是对流中的元素进行排序，它并不会改变流本身。因此，你可以在sorted操作之后继续对流进行其他操作，如过滤、映射、归约等。sorted方法可以根据具体的需求和排序规则来进行灵活的排序操作。

5.4、截断操作（limit 和 skip）

1. limit(long maxSize)：limit方法用于限制流的大小，截取前面指定数量的元素。它接受一个long类型的参数，表示要保留的最大元素数量。

下面是使用limit方法进行截断操作的示例：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);

List<Integer> limitedNumbers = numbers.stream()
                                      .limit(5)
                                      .collect(Collectors.toList());

System.out.println(limitedNumbers);  // 输出：[1, 2, 3, 4, 5]

在上面的示例中，我们创建了一个包含整数的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用limit方法传入一个参数5，表示要保留的最大元素数量为5。最后，使用collect方法将截断后的元素收集到一个新的List集合中。

2. skip(long n)：skip方法用于跳过流的前面指定数量的元素，返回剩余的元素。它接受一个long类型的参数，表示要跳过的元素数量。

下面是使用skip方法进行截断操作的示例：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);

List<Integer> skippedNumbers = numbers.stream()
                                      .skip(5)
                                      .collect(Collectors.toList());

System.out.println(skippedNumbers);  // 输出：[6, 7, 8, 9, 10]

在上面的示例中，我们创建了一个包含整数的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用skip方法传入一个参数5，表示要跳过的元素数量为5。最后，使用collect方法将剩余的元素收集到一个新的List集合中。

需要注意的是，limit和skip方法都是对流进行截断操作，它们并不会改变流本身。因此，你可以在截断操作之后继续对流进行其他操作，如过滤、映射、排序、归约等。limit和skip方法可以根据具体的需求来进行灵活的截断操作。

6、Stream 的终端操作

6.1、forEach 和 peek

forEach和peek都是Java Stream中用于对流中的元素进行遍历的操作方法，它们的作用类似，但有一些细微的差别。

1. forEach(Consumer action)：forEach方法接受一个Consumer函数式接口作为参数，对流中的每个元素执行指定的操作。

下面是使用forEach方法进行遍历操作的示例：

List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");

names.stream()
     .forEach(System.out::println);

在上面的示例中，我们创建了一个包含字符串的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用forEach方法传入一个方法引用（System.out::println）作为参数，表示对每个元素执行打印操作。最终，流中的每个元素都会被打印出来。

2. peek(Consumer action)：peek方法也接受一个Consumer函数式接口作为参数，对流中的每个元素执行指定的操作，但不会消费流元素，而是返回一个新的流。

下面是使用peek方法进行遍历操作的示例：

List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");

List<String> upperCaseNames = names.stream()
                                   .map(String::toUpperCase)
                                   .peek(System.out::println)
                                   .collect(Collectors.toList());

在上面的示例中，我们创建了一个包含字符串的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用map方法将每个字符串转换为大写形式。接着使用peek方法传入一个方法引用（System.out::println）作为参数，表示对每个元素执行打印操作。最后，使用collect方法将处理后的元素收集到一个新的List集合中。

需要注意的是，forEach方法是一个终端操作，它会立即执行指定的操作，并结束流的处理。而peek方法是一个中间操作，它会在执行指定的操作后返回一个新的流，可以继续对该流进行其他操作。peek方法通常用于调试和观察流中的元素，而不会对流进行最终的收集操作。

6.2、聚合操作（reduce 和 collect）

聚合操作是Java Stream中用于对流中的元素进行归约和收集的操作方法，其中reduce和collect是两种常用的聚合操作方法。

1. reduce(BinaryOperator accumulator)：reduce方法接受一个BinaryOperator函数式接口作为参数，对流中的元素进行归约操作，返回一个Optional对象。

下面是使用reduce方法进行归约操作的示例：

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

Optional<Integer> sum = numbers.stream()
                               .reduce((a, b) -> a + b);

sum.ifPresent(System.out::println);  // 输出：15

在上面的示例中，我们创建了一个包含整数的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用reduce方法传入一个Lambda表达式（(a, b) -> a + b）作为参数，表示对两个元素进行求和操作。最终，reduce方法返回一个Optional对象，表示归约的结果。

2. collect(Collector collector)：collect方法接受一个Collector对象作为参数，对流中的元素进行收集操作，返回一个最终结果。

下面是使用collect方法进行收集操作的示例：

List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");

String concatenated = names.stream()
                           .collect(Collectors.joining(", "));

System.out.println(concatenated);  // 输出：Alice, Bob, Charlie

在上面的示例中，我们创建了一个包含字符串的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用collect方法传入一个Collector对象（Collectors.joining(", ")）作为参数，表示将元素通过逗号和空格连接起来。最终，collect方法返回一个字符串，表示收集的结果。

需要注意的是，reduce方法和collect方法都是对流中的元素进行聚合操作，但它们的使用方式和返回结果有所不同。reduce方法返回一个Optional对象，可以处理没有初始值的情况，而collect方法返回一个最终结果，通常用于将流中的元素收集到一个集合或者其他数据结构中。

6.3、匹配操作（allMatch、anyMatch 和 noneMatch）

匹配操作是Java Stream中用于检查流中的元素是否满足指定条件的操作方法，常用的匹配操作包括allMatch、anyMatch和noneMatch。

1. allMatch(Predicate predicate)：allMatch方法接受一个Predicate函数式接口作为参数，检查流中的所有元素是否都满足指定的条件，返回一个boolean值。

下面是使用allMatch方法进行匹配操作的示例：

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

boolean allEven = numbers.stream()
                         .allMatch(n -> n % 2 == 0);

System.out.println(allEven);  // 输出：false

在上面的示例中，我们创建了一个包含整数的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用allMatch方法传入一个Lambda表达式（n -> n % 2 == 0）作为参数，表示判断元素是否为偶数。最终，allMatch方法返回一个boolean值，表示是否所有元素都满足条件。

通过这个示例，我们检查了流中的所有元素是否都是偶数，并将结果打印出来。

2. anyMatch(Predicate predicate)：anyMatch方法接受一个Predicate函数式接口作为参数，检查流中的任意一个元素是否满足指定的条件，返回一个boolean值。

下面是使用anyMatch方法进行匹配操作的示例：

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

boolean anyEven = numbers.stream()
                         .anyMatch(n -> n % 2 == 0);

System.out.println(anyEven);  // 输出：true

在上面的示例中，我们创建了一个包含整数的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用anyMatch方法传入一个Lambda表达式（n -> n % 2 == 0）作为参数，表示判断是否存在偶数元素。最终，anyMatch方法返回一个boolean值，表示是否存在满足条件的元素。

3. noneMatch(Predicate predicate)：noneMatch方法接受一个Predicate函数式接口作为参数，检查流中的所有元素是否都不满足指定的条件，返回一个boolean值。

下面是使用noneMatch方法进行匹配操作的示例：

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

boolean noneNegative = numbers.stream()
                              .noneMatch(n -> n < 0);

System.out.println(noneNegative);  // 输出：true

在上面的示例中，我们创建了一个包含整数的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用noneMatch方法传入一个Lambda表达式（n -> n < 0）作为参数，表示判断是否所有元素都不为负数。最终，noneMatch方法返回一个boolean值，表示是否所有元素都不满足条件。

需要注意的是，allMatch、anyMatch和noneMatch方法都是对流中的元素进行匹配操作，根据返回的boolean值来表示是否满足条件。这些方法可以根据具体的需求来进行灵活的匹配操作。

6.4、查找操作（findFirst 和 findAny）

查找操作是Java Stream中用于查找流中的元素的操作方法，常用的查找操作包括findFirst和findAny。

1. findFirst()：findFirst方法返回流中的第一个元素（按照流的遍历顺序），如果流为空，则返回一个空的Optional对象。

下面是使用findFirst方法进行查找操作的示例：

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

Optional<Integer> firstEven = numbers.stream()
                                     .filter(n -> n % 2 == 0)
                                     .findFirst();

firstEven.ifPresent(System.out::println);  // 输出：2

在上面的示例中，我们创建了一个包含整数的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用filter方法过滤出偶数元素，接着使用findFirst方法获取第一个偶数元素。最终，findFirst方法返回一个Optional对象，表示第一个满足条件的元素。

2. findAny()：findAny方法返回流中的任意一个元素，如果流为空，则返回一个空的Optional对象。

下面是使用findAny方法进行查找操作的示例：

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

Optional<Integer> anyEven = numbers.stream()
                                   .filter(n -> n % 2 == 0)
                                   .findAny();

anyEven.ifPresent(System.out::println);  // 输出：2 或者 4（取决于具体实现）

在上面的示例中，我们创建了一个包含整数的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用filter方法过滤出偶数元素，接着使用findAny方法获取任意一个偶数元素。最终，findAny方法返回一个Optional对象，表示满足条件的任意一个元素。

需要注意的是，findFirst和findAny方法都是对流中的元素进行查找操作，返回一个Optional对象。如果流为空，那么这两个方法都会返回一个空的Optional对象。这些方法可以根据具体的需求来进行灵活的查找操作。

6.5、统计操作（count、max 和 min）

统计操作是Java Stream中用于获取流中元素统计信息的操作方法，常用的统计操作包括count、max和min。

1. count()：count方法返回流中的元素个数。

下面是使用count方法进行统计操作的示例：

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

long count = numbers.stream()
                    .count();

System.out.println(count);  // 输出：5

在上面的示例中，我们创建了一个包含整数的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用count方法获取流中元素的个数。最终，count方法返回一个long类型的值，表示元素的个数。

通过这个示例，我们成功地获取了流中元素的个数，并将其打印出来。

2. max(Comparator comparator)：max方法接受一个Comparator函数式接口作为参数，返回流中的最大元素。

下面是使用max方法进行统计操作的示例：

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

Optional<Integer> max = numbers.stream()
                               .max(Comparator.naturalOrder());

max.ifPresent(System.out::println);  // 输出：5

在上面的示例中，我们创建了一个包含整数的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用max方法传入一个Comparator.naturalOrder()作为参数，表示按照自然顺序比较元素大小。最终，max方法返回一个Optional对象，表示最大的元素。

3. min(Comparator comparator)：min方法接受一个Comparator函数式接口作为参数，返回流中的最小元素。

下面是使用min方法进行统计操作的示例：

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

Optional<Integer> min = numbers.stream()
                               .min(Comparator.naturalOrder());

min.ifPresent(System.out::println);  // 输出：1

在上面的示例中，我们创建了一个包含整数的List集合。通过调用stream方法，我们将List转换为一个Stream对象。然后使用min方法传入一个Comparator.naturalOrder()作为参数，表示按照自然顺序比较元素大小。最终，min方法返回一个Optional对象，表示最小的元素。

需要注意的是，count、max和min方法都是对流中的元素进行统计操作，返回一个表示统计结果的值或Optional对象。这些方法可以根据具体的需求来获取流中元素的统计信息。