Java Stream 流的介绍

介绍

在 Java 8 中，引入了 Stream API，它为处理集合（如 List、Set 等）提供了一种更简洁、声明式的方式。Stream 流的设计目标是支持对数据集合的高效操作，尤其是能够进行链式操作、并行处理等，极大地提升了代码的可读性和可维护性。

本文将介绍 Java Stream 流的基础概念、常用操作以及如何利用 Stream 进行集合数据处理。

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1. 什么是 Stream 流

Stream 是 Java 8 引入的一个新的类，它代表了一个可以支持聚合操作的数据源（如集合、数组等），通过它我们可以以声明式的方式进行数据处理。Stream API 不是存储数据的结构，而是对数据进行操作的一个“管道”。

• Stream 并不存储数据：它只是在源数据上执行计算，计算的结果可能会生成一个新的集合或其他类型的数据。
• Stream 操作是惰性执行的：Stream 的操作会被延迟执行，直到遇到终止操作时才会触发实际计算。
• Stream 支持管道式操作：Stream 支持链式调用，通过多次组合各种操作，提供清晰和简洁的代码结构。

2. Stream 的类型

Stream 主要有两种类型：

• 顺序流（sequential Stream）：默认情况下，Stream 操作是顺序执行的，即按照数据在源中的顺序逐个处理。
• 并行流（parallel Stream）：通过并行计算加速流操作，通常用多核处理器进行任务分配，适用于计算密集型的操作。

3. Stream 的创建

Stream 的常见创建方式包括从集合、数组、文件、或者通过其他源生成流。

• 从集合创建：

  List list = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
  Stream stream = list.stream();
  

• 从数组创建：

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

• 通过 Stream 的静态方法创建：

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

• 通过文件创建：

  Stream lines = Files.lines(Paths.get("data.txt"));
  

4. Stream 操作

Stream API 提供了许多操作，分为中间操作和终止操作。

4.1 中间操作

中间操作返回一个新的 Stream，可以链式调用。中间操作通常是惰性求值的，只有在终止操作执行时才会真正执行。

常见的中间操作有：

• map：将每个元素映射成另一个元素，常用于转换数据格式。

  List list = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
  List lengths = list.stream()
                              .map(String::length)
                              .collect(Collectors.toList());
  

• filter：筛选符合条件的元素。

  List numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);
  List evenNumbers = numbers.stream()
                                     .filter(n -> n % 2 == 0)
                                     .collect(Collectors.toList());
  

• sorted：对流中的元素进行排序。

  List numbers = Arrays.asList(5, 2, 4, 1, 3);
  List sortedNumbers = numbers.stream()
                                       .sorted()
                                       .collect(Collectors.toList());
  

• distinct：去除重复的元素。

  List numbers = Arrays.asList(1, 2, 2, 3, 3, 4);
  List distinctNumbers = numbers.stream()
                                         .distinct()
                                         .collect(Collectors.toList());
  

• limit：限制流中的元素数量。

  List numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
  List limited = numbers.stream()
                                 .limit(5)
                                 .collect(Collectors.toList());
  

4.2 终止操作

终止操作会触发流的计算，并返回最终的结果。常见的终止操作有：

• collect：将流中的元素收集到集合中。

  List list = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
  Set set = list.stream()
                        .collect(Collectors.toSet());
  

• forEach：对每个元素执行指定的操作。

  List list = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
  list.stream()
      .forEach(System.out::println);
  

• reduce：将流中的元素反复结合起来，得到一个值，通常用于求和、求积等。

  List numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
  int sum = numbers.stream()
                   .reduce(0, Integer::sum);
  

• anyMatch, allMatch, noneMatch：判断流中的元素是否符合某个条件。

  boolean anyMatch = numbers.stream()
                            .anyMatch(n -> n > 3);  // 检查是否有大于 3 的元素
  

• findFirst, findAny：查找流中的第一个元素或任意一个元素。

  Optional first = list.stream()
                               .findFirst();
  

5. Stream 流的并行处理

Stream API 也支持并行流，通过 parallelStream() 或 stream().parallel() 可以创建并行流。并行流会尝试将流的操作分配给多个处理器核心，以并行的方式进行计算，通常适用于大规模的数据处理。

List numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);
int sum = numbers.parallelStream()
                 .mapToInt(Integer::intValue)
                 .sum();

6. 使用 Stream 流的优势

• 简洁性和可读性：Stream API 提供了高阶的操作符，可以使代码更加简洁和富有表达力，尤其是处理复杂数据流时。
• 函数式编程：Stream API 基于函数式编程的思想，让你可以以声明式的方式处理数据，而不需要关注具体的迭代过程。
• 支持并行计算：Stream API 可以方便地利用多核处理器进行并行操作，提升处理效率。

7. 小结

Java 8 引入的 Stream API 使得集合数据的处理更加灵活、高效。它通过中间操作和终止操作，提供了丰富的功能，支持惰性计算和流式编程。此外，通过 parallelStream()，你还可以轻松地并行处理数据，提升性能。无论是简单的数据处理还是复杂的流式操作，Stream API 都能帮助你写出简洁、易读且高效的代码。