Java Streams 使用教程

唐青枫2025-04-20 17:47

简介

Stream 是 Java 8 引入的一个 函数式编程特性，可以让我们用声明式的方式操作集合（如 List、Set、Map 等）。

核心作用是：

  • 从集合中提取数据（流）

  • 对数据做中间操作（filter/map/sort...）

  • 最后做终端操作（forEach/collect/count...）

Stream 基础结构

java 复制代码 
collection.stream()
    .filter(...)       // 中间操作
    .map(...)          // 中间操作
    .collect(...)      // 终结操作

创建 Stream 的方式

java 复制代码 
// 从集合创建
List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
Stream<String> stream1 = list.stream();

// 从数组创建
Stream<Integer> stream2 = Arrays.stream(new Integer[]{1, 2, 3});

// 使用 Stream.of()
Stream<String> stream3 = Stream.of("X", "Y", "Z");

// 生成无限流（需限制）
Stream<Integer> infiniteStream = Stream.iterate(0, n -> n + 2).limit(10);

// 数值范围
IntStream.range(1, 5);       // 生成 1,2,3,4
IntStream.rangeClosed(1,5);  // 生成 1,2,3,4,5

// 文件生成
Stream<String> lines = Files.lines(Paths.get("data.txt")); 

// Builder 构建
Stream<String> customStream = Stream.<String>builder()
    .add("Apple").add("Banana").build();

常用中间操作（返回 Stream）

  • filter(Predicate)：条件过滤
java 复制代码 
list.stream().filter(s -> s.startsWith("A"))
  • map(Function)：映射/转换
java 复制代码 
list.stream().map(String::toUpperCase)
  • flatMap(Function)：拍平嵌套结构
java 复制代码 
list.stream().flatMap(List::stream)
  • distinct()：去重
java 复制代码 
stream.distinct()
  • sorted()：排序
java 复制代码 
stream.sorted(Comparator.reverseOrder())

  • limit(n)：取前 n 条

  • skip(n)：跳过前 n 条

  • peek(Consumer)：调试用，查看中间结果

java 复制代码 
stream.peek(System.out::println)

示例

java 复制代码 
List<String> result = list.stream()
    .filter(s -> s.startsWith("A"))
    .map(String::toLowerCase)
    .distinct()
    .collect(Collectors.toList());

常用终止操作（返回非 Stream）

  • collect(Collector)：收集为集合、字符串等
java 复制代码 
stream.collect(Collectors.toList())
  • forEach(Consumer)：遍历每个元素
java 复制代码 
stream.forEach(System.out::println)
  • count()：统计数量
java 复制代码 
stream.count()
  • anyMatch(Predicate)：任一匹配
java 复制代码 
stream.anyMatch(s -> s.contains("a"))

  • allMatch()：全部匹配

  • noneMatch()：都不匹配

  • findFirst()：找第一个元素

java 复制代码 
stream.findFirst()

  • findAny()：找任意元素（并行时更快）

  • reduce()：规约合并（累加、乘法等）

java 复制代码 
stream.reduce(0, Integer::sum)

示例

java 复制代码 
long count = list.stream().filter(s -> s.length() > 3).count();

Optional<String> any = list.stream().findAny();

String joined = list.stream().collect(Collectors.joining(", "));

收集器 Collectors 工具类

java 复制代码 
List<String> names = people.stream()
    .map(Person::getName)
    .collect(Collectors.toList());

Set<String> set = list.stream().collect(Collectors.toSet());

Map<String, Integer> map = people.stream()
    .collect(Collectors.toMap(Person::getName, Person::getAge));

String result = list.stream().collect(Collectors.joining(", "));

double avg = people.stream().collect(Collectors.averagingInt(Person::getAge));

分组 & 分区

java 复制代码 
// 分组
Map<String, List<Person>> groupByDept = people.stream()
    .collect(Collectors.groupingBy(Person::getDepartment));

// 多级分组
Map<String, Map<Integer, List<Person>>> complexGroup =
    people.stream().collect(Collectors.groupingBy(Person::getDept, 
        Collectors.groupingBy(Person::getAge)));

// 分区（true/false 分两组）
Map<Boolean, List<Person>> partition = people.stream()
    .collect(Collectors.partitioningBy(p -> p.getAge() > 30));

排序（sorted）

java 复制代码 
// 自然排序
list.stream().sorted().forEach(System.out::println);

// 自定义排序
list.stream()
    .sorted((a, b) -> a.length() - b.length())
    .forEach(System.out::println);

// 对对象排序
people.stream()
    .sorted(Comparator.comparing(Person::getAge).reversed())
    .forEach(System.out::println);

flatMap 的典型应用

java 复制代码 
List<String> lines = Arrays.asList("A B", "C D");
List<String> words = lines.stream()
    .flatMap(line -> Arrays.stream(line.split(" ")))
    .collect(Collectors.toList());

并行流（parallelStream）

java 复制代码 
list.parallelStream().forEach(System.out::println);

reduce 规约操作

java 复制代码 
int sum = Arrays.asList(1, 2, 3, 4).stream()
    .reduce(0, Integer::sum); // 初始值 0，累加求和

应用案例

数据过滤与筛选

在处理大量数据时，常常需要依据特定条件筛选出符合要求的数据。

java 复制代码 
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class DataFiltering {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
        // 筛选出所有偶数
        List<Integer> evenNumbers = numbers.stream()
                .filter(n -> n % 2 == 0)
                .collect(Collectors.toList());
        System.out.println("偶数列表: " + evenNumbers);
    }
}

数据映射与转换

有时候需要把集合中的元素转换为其他类型或格式。

java 复制代码 
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }
}

public class DataMapping {
    public static void main(String[] args) {
        List<Person> people = Arrays.asList(
                new Person("Alice", 25),
                new Person("Bob", 30),
                new Person("Charlie", 35)
        );
        // 将 Person 对象转换为他们的名字列表
        List<String> names = people.stream()
                .map(Person::getName)
                .collect(Collectors.toList());
        System.out.println("名字列表: " + names);
    }
}

运用 map 中间操作，把 Person 对象列表转换为包含每个人名字的字符串列表。

数据排序

利用 Streams 对集合中的元素进行排序。

java 复制代码 
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class DataSorting {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> words = Arrays.asList("banana", "apple", "cherry");
        // 按字母顺序排序
        List<String> sortedWords = words.stream()
                .sorted()
                .collect(Collectors.toList());
        System.out.println("排序后的单词列表: " + sortedWords);
    }
}

使用 sorted 中间操作对字符串列表按字母顺序进行排序。

数据统计

Stream 提供了一些方法用于统计数据，如求和、平均值、最大值、最小值等。

java 复制代码 
import java.util.Arrays;
import java.util.IntSummaryStatistics;
import java.util.List;

public class DataStatistics {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
        IntSummaryStatistics stats = numbers.stream()
                .mapToInt(Integer::intValue)
                .summaryStatistics();
        System.out.println("总和: " + stats.getSum());
        System.out.println("平均值: " + stats.getAverage());
        System.out.println("最大值: " + stats.getMax());
        System.out.println("最小值: " + stats.getMin());
    }
}

通过 summaryStatistics 方法，能够获取整数列表的总和、平均值、最大值和最小值等统计信息。

分组与分区

可以按照特定条件对数据进行分组或分区。

java 复制代码 
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Collectors;

class Product {
    private String name;
    private double price;

    public Product(String name, double price) {
        this.name = name;
        this.price = price;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public double getPrice() {
        return price;
    }
}

public class GroupingAndPartitioning {
    public static void main(String[] args) {
        List<Product> products = Arrays.asList(
                new Product("Apple", 1.5),
                new Product("Banana", 0.5),
                new Product("Cherry", 2.0),
                new Product("Date", 0.8)
        );
        // 按价格是否大于 1 进行分区
        Map<Boolean, List<Product>> partitionedByPrice = products.stream()
                .collect(Collectors.partitioningBy(p -> p.getPrice() > 1));
        System.out.println("价格大于 1 的产品: " + partitionedByPrice.get(true));
        System.out.println("价格小于等于 1 的产品: " + partitionedByPrice.get(false));
    }
}

最佳实践

  • 避免副作用：Stream 操作应是无状态的，避免修改外部变量。

  • 优先使用方法引用：使代码更简洁（如 String::length）。

  • 谨慎使用并行流：根据数据量和操作复杂度评估是否使用。

  • 链式操作顺序优化：将过滤操作（filter）放在前面，减少后续处理的数据量。

常见问题

  • Stream 不会修改源数据，操作是惰性的。

  • Stream 只能使用一次，一旦执行终端操作，流就被消费，不可重复使用。

  • 在 Lambda 中处理 Stream 异常，或使用 try-catch 包裹终端操作。

Java Stream 与 C# LINQ

核心目标一致

特性 Java Stream API C# LINQ
面向语言 Java 8+ C# 3.0+
编程范式 函数式编程 集合查询式 + 函数式编程
处理方式 面向流（Stream）处理 面向集合（Enumerable/IQueryable）处理
核心思想 用流水线的方式处理集合 像 SQL 一样写集合操作

语法对比

基础例子：从字符串列表中过滤出以 A 开头的字母，转成小写后收集

  • Java Stream：
java 复制代码 
List<String> result = list.stream()
    .filter(s -> s.startsWith("A"))
    .map(String::toLowerCase)
    .collect(Collectors.toList());
  • C# LINQ：
csharp 复制代码 
List<string> result = list
    .Where(s => s.StartsWith("A"))
    .Select(s => s.ToLower())
    .ToList();

对比说明：两者几乎一致，Java 是 stream() 后链接操作，C# 是直接链式调用。

常用操作对应表

功能 Java Stream C# LINQ
过滤 filter(Predicate) Where(Func<T, bool>)
映射 map(Function) Select(Func<T, TResult>)
拍平 flatMap(Function) SelectMany()
排序 sorted() / Comparator OrderBy() / ThenBy()
去重 distinct() Distinct()
计数 count() Count()
取前n条 limit(n) Take(n)
跳过前n条 skip(n) Skip(n)
查找元素 findFirst() / findAny() FirstOrDefault() / First()
是否匹配 anyMatch() / allMatch() Any() / All()
聚合 reduce() Aggregate()
收集 collect(Collectors) ToList() / ToDictionary()
分组 Collectors.groupingBy() GroupBy()
分区 Collectors.partitioningBy() GroupBy(bool) + ToLookup()
遍历 forEach() foreach 或 .ForEach()（List 扩展）

使用方式差异

特性 Java Stream C# LINQ
是否懒加载 是，中间操作不执行直到终止操作 是，延迟执行
多线程 支持 .parallelStream()（需小心） 可用 PLINQ（Parallel LINQ）并行处理
SQL 风格语法 ❌ 不支持 ✅ 支持 from ... where ... select 查询语法
集合类型支持 Collection、数组、Map 等 IEnumerable、IQueryable、List、Array 等
返回类型 Stream → collect 后得集合 LINQ 直接链式调用后转集合

示例对比：复杂操作

  • Java
java 复制代码 
Map<String, Map<Integer, List<Person>>> group =
    people.stream().collect(Collectors.groupingBy(
        Person::getDept,
        Collectors.groupingBy(Person::getAge)
    ));
  • C#
csharp 复制代码 
var group = people
    .GroupBy(p => p.Dept)
    .ToDictionary(
        g => g.Key,
        g => g.GroupBy(p => p.Age).ToDictionary(gg => gg.Key, gg => gg.ToList())
    );

并行处理实现

  • Java Streams：

通过 parallelStream() 或 stream().parallel() 快速启用并行流，但需注意线程安全问题。

java 复制代码 
list.parallelStream().forEach(s -> process(s)); // 自动分配线程
  • C# PLINQ：

通过 AsParallel() 启用并行查询，可自定义并行度。

csharp 复制代码 
list.AsParallel().WithDegreeOfParallelism(4).ForAll(s => Process(s));

空值处理

  • Java Streams：

默认不支持 null 元素（可能抛出 NullPointerException），需显式处理。

  • C# LINQ：

允许集合中包含 null，但某些操作（如 First()）可能需处理空值。

总结对比

维度 Java Stream API C# LINQ
可读性 简洁，但不支持 SQL 风格 支持 SQL 风格，阅读更直观
灵活性 借助 Collectors 可以做很多操作 LINQ 本身功能更丰富
多线程处理 .parallelStream()（粗粒度） PLINQ（细粒度）
数据源支持 Java 集合体系 .NET 集合体系 + 数据库 IQueryable
底层机制 基于中间操作链和终结操作 基于延迟计算迭代器
功能扩展性 使用 Collectors 辅助函数 使用 LINQ Extension Methods
框架集成度 和 Spring/Java EE 无缝结合 和 Entity Framework、ASP.NET 配合良好
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