什么是Stream流

文章目录

• • 一、创建流
  • • [1.1 流的类型](#1.1 流的类型)
    • [1.2 创建 Stream 的常见操作](#1.2 创建 Stream 的常见操作)
  • [二、 中间操作](#二、 中间操作)
  • • [2.1 流的映射](#2.1 流的映射)
    • [2.2 流的过滤](#2.2 流的过滤)
    • [2.3 其他中间操作](#2.3 其他中间操作)
  • [三、 终端操作](#三、 终端操作)
  • • [3.1 reduce() 的使用方法](#3.1 reduce() 的使用方法)
    • [3.2 *short-circuiting* 方法](#3.2 short-circuiting 方法)
    • [3.3 其他的终端操作](#3.3 其他的终端操作)
  • 参考资料

一、创建流

1.1 流的类型

在 Java 8 中, 集合接口有两个方法来生成流：

• stream() − 为集合创建串行流。
• parallelStream() − 为集合创建并行流。

stream() 方法在 Collection接口

1.2 创建 Stream 的常见操作

举个例子，以 stream() 函数为例，可以通过集合、数组、I/O 通道等方式创建流。

//  从 List 创建流
List<String> list = Arrays.asList("apple", "banana", "orange");
Stream<String> streamFromList = list.stream();

// 从数组创建 IntStream：
int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
IntStream streamFromArray = Arrays.stream(array);

// 使用 Stream.of 创建流：
Stream<String> streamFromValues = Stream.of("apple", "banana", "orange");

事实上，创建流还有很多方式，更多细节查看 Creating Streams - Dev.java

二、 中间操作

中间操作是 map-filter-reduce 算法中 map 和 filter 实现。

中间操作会返回一个新的 Stream，因此可以链式调用 。这些操作是惰性的，即它们不会立即执行，而是在有终端操作时才会执行。这意味着中间操作只是定义了流的转换规则，实际处理会推迟到终端操作执行时。

具体细节查看 Reducing a Stream - Dev.java

2.1 流的映射

(1) map()

映射流包括使用Function转换其元素。

您可以使用 map() 方法将一个流映射到另一个流，该方法将Function作为参数。映射流意味着该流处理的所有元素都将使用Function进行转换。举个例子，示例代码如下：

List<String> strings = List.of("one", "two", "three", "four");
Function<String, Integer> toLength = String::length;
Stream<Integer> ints = strings.stream()
                              .map(toLength);

需要注意的是，这段代码里面没有终端操作，因此这段代码没有做任何事

另外，有三种方法可以从 Stream 转到原始类型的流：mapToInt(), mapToLong() and mapToDouble()。举个例子，示例代码如下：

List<String> strings = List.of("one", "two", "three", "four");
IntSummaryStatistics stats = strings.stream()
                                    .mapToInt(String::length)
                                    .summaryStatistics();
System.out.println("stats = " + stats);

输出结果为

 stats = IntSummaryStatistics{count=4, sum=15, min=3, average=3,750000, max=5}

(2)flatmap()

在 Java 中，flatMap() 是流（Stream）类的一个中间操作，用于处理包含多个元素的流。它的作用是将每个流元素映射为一个流，然后将这些流合并成一个新的流。

举个例子，假设有一个列表，其中包含多个单词，我们希望将每个单词拆分为字符，并将所有字符合并到一个新的流中：

List<String> words = Arrays.asList("Hello", "World");

// 使用 flatMap 将每个单词拆分为字符，并合并为一个新流
List<String> characters = words.stream()
                              .flatMap(word -> Arrays.stream(word.split("")))
                              .collect(Collectors.toList());

System.out.println(characters);

在这个例子中，flatMap 将每个单词映射为一个字符流，然后将这些字符流合并成一个新的流，最终得到一个包含所有字符的列表。输出结果为：

[H, e, l, l, o, W, o, r, l, d]

2.2 流的过滤

过滤是在流（Stream）上进行元素过滤。此方法适用于对象流和原始类型流。

举个例子，

List<String> strings = List.of("one", "two", "three", "four");
long count = strings.stream()
                    .map(String::length)
                    .filter(length -> length == 3)
                    .count();
System.out.println("count = " + count);   // 结果为：count = 2

其中，count()是 Stream API的另一个终端操作，它只计算已处理元素的数量

2.3 其他中间操作

• distinct()方法 ： 使用hashCode（）和equals（）方法来发现重复项， 然后去除重复项

• sorted()： 有一个comparator的重载，该比较器将用于比较和排序流的元素。如果您不提供比较器，则Stream API假定您的流的元素具有可比性。如果不是，则会引发ClassCastException。

• skip(long n) 方法： 用于跳过流中的前 n 个元素，返回一个新的流。如果流的长度小于 n，则返回一个空流。

• limit(long maxSize) 方法： 用于限制流的大小，返回一个包含不超过 maxSize 个元素的新流。

• concat() ： 用于连接两个流，将它们合并成一个新的流。 建议用 flatMap() 来替代这个函数，举个例子：

  List<Integer> list0 = List.of(1, 2, 3);
  List<Integer> list1 = List.of(4, 5, 6);
  List<Integer> list2 = List.of(7, 8, 9);
  
  // 1st pattern: concat
  List<Integer> concat = 
      Stream.concat(list0.stream(), list1.stream())
            .collect(Collectors.toList());
  
  // 2nd pattern: flatMap
  List<Integer> flatMap =
      Stream.of(list0.stream(), list1.stream(), list2.stream())
            .flatMap(Function.identity())
            .collect(Collectors.toList());
  
  System.out.println("concat  = " + concat);
  System.out.println("flatMap = " + flatMap);

• peek()： ，用于对流中的每个元素执行操作，同时保持流的原始结构。它返回的流与原始流相同，但可以在执行 peek() 时观察到中间的操作。这个可以用来调试流。

  List<String> strings = List.of("one", "two", "three", "four");
  List<String> result =
          strings.stream()
                  .peek(s -> System.out.println("Starting with = " + s))
                  .filter(s -> s.startsWith("t"))
                  .peek(s -> System.out.println("Filtered = " + s))
                  .map(String::toUpperCase)
                  .peek(s -> System.out.println("Mapped = " + s))
                  .collect(Collectors.toList());
  System.out.println("result = " + result);

三、 终端操作

终端操作（Terminal Operations）是 map-filter-reduce 算法中 reduce 实现。

终端操作（Terminal Operations）是流操作中的最后一步，它们产生最终的结果或副作用。终端操作会触发流的遍历，并生成最终的结果或执行一些操作。在执行后，流就会被消耗，不能再使用。

如果流不以终端操作结束，则流不会处理任何数据。

3.1 reduce() 的使用方法

reduce() 方法： 对流中的元素进行归约操作，返回一个 Optional。（官方不建议使用这个方法）例如：

Optional<String> concatenated = words.stream().reduce((s1, s2) -> s1 + ", " + s2);

具体细节查看：Reducing a Stream - Dev.java

3.2 short-circuiting 方法

"short-circuiting" 方法是指在处理流时，当满足某个条件后，不再继续处理剩余的元素，提前结束处理流的过程。这可以帮助提高性能，因为它避免了对整个流的遍历。

在 Java 的 Stream API 中，有一些操作是 short-circuiting 的，例如：

1. findFirst()： 返回第一个符合条件的元素后，立即结束流的处理。
2. findAny()： 返回任意符合条件的元素后，立即结束流的处理。
3. limit(n)： 限制流的大小为 n，一旦达到这个大小，就不再继续处理。
4. anyMatch(predicate)： 一旦有任意一个元素满足条件，就结束流的处理。
5. allMatch(predicate)： 一旦有任意一个元素不满足条件，就结束流的处理。
6. noneMatch(predicate)： 一旦有任意一个元素满足条件，就结束流的处理。

3.3 其他的终端操作

需要注意的是，尽量避免使用 reduce() 方法

以下是一些常见的终端操作：

1. forEach()： 对流中的每个元素执行指定的操作。例如：

   codeList<String> words = Arrays.asList("apple", "banana", "orange");
   words.stream().forEach(System.out::println);

2. count()： 返回流中元素的数量。例如：

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

3. collect()： 将流中的元素收集到一个集合或其他数据结构中。例如：

   List<String> collectedList = words.stream().collect(Collectors.toList());

4. min() 和 max()： 返回流中的最小或最大元素。例如：

   Optional<String> minElement = words.stream().min(String::compareTo);
   Optional<String> maxElement = words.stream().max(String::compareTo);

5. anyMatch()、allMatch() 和 noneMatch()： 用于检查流中的元素是否匹配给定的条件。例如：

   codeboolean anyMatch = words.stream().anyMatch(s -> s.startsWith("a"));
   boolean allMatch = words.stream().allMatch(s -> s.length() > 3);
   boolean noneMatch = words.stream().noneMatch(s -> s.contains("z"));

具体细节查看 Adding a Terminal Operation on a Stream - Dev.java

参考资料

Stream - Dev.java