【Java系列】深入解析Stream API

1 基础介绍

Stream API是Java 8中最重要的新特性之一，它是处理集合和数组的一种新方式。它提供了一种简单、灵活和可读的方式来处理集合和数组中的元素，从而使代码更加简洁、高效和易于维护。

Stream API的核心是Stream接口，它表示一组元素的序列，可以按需进行计算。Stream接口提供了大量的中间操作和终端操作，可以用于过滤、映射、排序、聚合等各种操作。

1.1 原理介绍

Stream API 的实现原理是基于两个核心概念：流和操作。

1.1.1 流

流（Stream）是一个数据序列，它可以由一个或多个操作组成。

流的操作可以分为两类：

1. 中间操作
2. 终端操作

中间操作：是指对流进行处理但不产生最终结果的操作，

终端操作：是指对流进行处理并返回最终结果的操作。

1.1.2 操作

操作（Operation）是对流进行处理的方法，操作可以分为中间操作和终端操作。

Stream API 提供了多种中间操作方法和终端操作方法，常用的中间操作方法包括 filter、map、sorted、distinct、limit 等，

常用的终端操作方法包括 forEach、collect、reduce 等。这些方法可以组合使用，构成一个操作链，最终返回一个最终结果。

操作链的执行是惰性求值的，即只有在需要计算结果时才进行计算。这种方式可以避免不必要的计算，并提高代码的执行效率。

综上所述，Stream API 的实现原理是基于流和操作两个核心概念，它提供了一种简单、灵活、可读性极高的方式来处理集合和数组中的元素，使得代码更加简洁、高效和易于维护。

1.2 语法介绍

tream API 的语法基于一组接口和操作符，其中最常用的是 Stream 接口和它的中间操作方法和终端操作方法。以下是 Stream API 的基本语法。

1.2.1 创建 Stream 对象

可以通过集合、数组、IO 流、生成器等多种方式来创建 Stream 对象。

其中最常用的方式是通过集合创建 Stream 对象，例如：

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

1.2.2 中间操作方法

Stream 对象提供了多种中间操作方法，可以对 Stream 对象进行过滤、映射、排序、去重、限制等操作，常用方法包括：

• filter(Predicate predicate)：根据条件过滤 Stream 对象中的元素。
• map(Function mapper)：将 Stream 对象中的元素映射到新的值。
• sorted(Comparator comparator)：对 Stream 对象中的元素进行排序。
• distinct()：去重 Stream 对象中的元素。
• limit(long maxSize)：限制 Stream 对象中元素的数量。

例如：

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

这里，首先使用 filter() 方法过滤出所有偶数，然后使用 sorted() 方法将它们排序，使用 limit() 方法限制数量，最后使用 collect() 方法将它们收集到一个列表中。

1.2.3 终端操作方法

Stream 对象提供了多种终端操作方法，可以将 Stream 对象转换为集合、数组、Map 对象，或者进行聚合操作，常用方法包括：

• collect(Collector collector)：将 Stream 对象中的元素收集到集合、数组、Map 对象等中。
• reduce(T identity, BinaryOperator accumulator)：对 Stream 对象中的元素进行聚合操作。
• forEach(Consumer action)：对 Stream 对象中的元素进行遍历操作。

例如：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
int sum = numbers.stream()
                    .reduce(0, (a, b) -> a + b);

这里，使用 reduce() 方法对 Stream 对象中的所有元素进行求和操作。

综上所述，Stream API 的语法非常简单、直观，并且非常灵活，可以用于各种不同的编程任务，使得代码更加简洁、高效和易于维护。

1.3 优缺点

Stream API 它基于函数式编程思想，提供了一种简单、灵活、可读性极高的方式来处理集合和数组中的元素。

Stream API 的特点和优点包括：

1. 简洁、高效、易于维护：Stream API 的方法链式调用，可以使代码更加简洁、易于阅读和维护。
   
2. 支持并行处理：Stream API 支持对集合和数组中的元素进行并行处理，提高了处理效率。
   
3. 支持惰性求值：Stream API 的操作是惰性求值的，只有在需要计算结果时才进行计算，避免了不必要的计算。
   
4. 支持多种数据源：Stream API 可以处理多种不同类型的数据源，例如集合、数组、IO 流、生成器等。
   
5. 支持多种操作：Stream API 提供了多种中间操作方法和终端操作方法，可以对数据进行过滤、映射、排序、去重、聚合等操作。
   
6. 提高代码可读性：Stream API 的方法名和参数都非常直观，可以使代码更加可读性高。
   
7. 可以组合使用：Stream API 的操作可以组合使用，构成一个操作链，最终返回一个最终结果。
   

不过，Stream API 也有一些缺点，例如学习成本较高、性能问题、代码可读性问题等。因此，在使用 Stream API 时需要根据实际情况进行选择。

2 使用示例

以下是一些常见的Stream API的用例：

1. 过滤
2. 映射
3. 排序
4. 聚合

2.1 过滤

使用filter()方法根据指定的条件过滤集合中的元素。例如，以下代码过滤出一个整数列表中的所有偶数：

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

2.2 映射

使用map()方法将集合中的元素映射到新的值。例如，以下代码将一个字符串列表中的每个字符串转换为大写：

List<String> strings = Arrays.asList("hello", "world");
List<String> upperCaseStrings = strings.stream()
                                        .map(String::toUpperCase)
                                        .collect(Collectors.toList());

2.3 排序

使用sorted()方法根据指定的排序方式对集合中的元素进行排序。例如，以下代码将一个整数列表按照从小到大的顺序排序：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5);
List<Integer> sortedNumbers = numbers.stream()
                                        .sorted()
                                        .collect(Collectors.toList());

2.4 聚合

使用reduce()方法对集合中的元素进行聚合操作。例如，以下代码计算一个整数列表中的所有元素的总和：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
int sum = numbers.stream()
                    .reduce(0, (a, b) -> a + b);

Stream API还支持并行处理集合和数组中的元素，从而提高了处理效率。可以使用parallelStream()方法将一个集合或数组转换为一个并行流，使得处理过程可以在多个线程上并行执行。

3 总结

Stream API是Java 8中最重要的新特性之一，它提供了一种简单、灵活和可读的方式来处理集合和数组中的元素，使得代码更加简洁、高效和易于维护。