java Stream详解

Java Stream API 是 Java 8 及以上版本中提供的一种新特性，用于简化数据处理和操作。Stream API 可以让你以声明式的方式处理数据集合（比如集合、数组等），支持顺序和并行处理。以下是 Java Stream 的一些核心原理和概念：

1. 流的组成

• 数据源：流的来源，可以是集合、数组、文件等。
• 中间操作：一个中间操作链，对数据源的数据进行处理。比如 filter、map、sorted 等。
• 终端操作：执行中间操作链，并产生结果。比如 collect、forEach、reduce 等。

  2. 流的操作类型

• 中间操作：返回的是流本身，可以有一个或多个连续的中间操作，它们可以合并成一条流水线。中间操作是惰性的，只有在终端操作执行时，中间操作才会执行。
  • 无状态操作：比如 map 和 filter，不依赖于之前元素的处理状态。
  • 有状态操作：比如 sorted 和 distinct，需要知道之前元素的处理状态。
• 终端操作：返回的是一个结果或者一个副作用。比如 forEach 是一个副作用操作，因为它不会返回结果，而 collect 则会返回一个结果。

  3. 流的特性

• 惰性求值：流在中间操作时不会执行任何处理，直到终端操作开始时，中间操作才会被执行。
• 内部迭代：与外部迭代（比如 for 循环）不同，流的迭代是在内部进行的，用户不需要手动进行迭代。

  4. 流的实现原理

  流的实现依赖于以下几个核心组件：
• 源：比如 Collection.stream() 方法产生流。
• 数据传输：流操作如何将数据从源传递到终点。
• 操作链：流操作如何链接在一起。
• sink：终端操作的具体实现。
  当执行一个流操作时，通常发生以下步骤：

1. 创建流：通过数据源，比如集合、数组等，来创建一个流。
2. 构建操作链：通过一系列的中间操作来构建操作链。
3. 触发终端操作：执行终端操作，这时中间操作会被依次执行。
4. 生成结果：终端操作会生成最终的结果或者副作用。
   在内部实现上，流的操作通常使用一种“流水线”模式，数据像在流水线上一样被处理。每个中间操作返回一个新的流，这个流包含了上一个流以及一个新的操作。当执行终端操作时，这些操作会以某种方式组合起来，形成一个“操作图”，然后按照一定的顺序执行。
   并行流利用了 Java 7 引入的 Fork/Join 框架，通过递归地将任务分割成更小的任务，然后将每个子任务的结果合并起来，从而实现数据的并行处理。
   流的这些原理和特性使得它在处理集合数据时非常高效和方便，特别是在需要编写复杂的数据处理管道时。

Java Stream是Java 8引入的一个新的抽象层，它提供了一种新的方式来处理集合（如List、Set、Map等）。Stream允许你以声明式的方式处理数据，而不是以传统的迭代方式。这种声明式编程风格使得代码更加简洁、易于理解和维护。

Stream的三个阶段

1. 创建Stream：通过集合的stream()方法或者通过Arrays.stream()方法来创建一个Stream。
2. 中间操作：对Stream进行中间操作，比如过滤、映射、排序等。这些操作不会立即执行，而是会返回一个新的Stream。
3. 终端操作：对Stream进行终端操作，比如计算、收集等。这些操作会立即执行，并返回一个结果。

   常用中间操作

4. 过滤（Filter）：filter(Predicate<? super T> predicate)，通过指定条件过滤出满足条件的元素。
5. 映射（Map）：map(Function<? super T, ? extends U> mapper)，将Stream中的每个元素通过映射函数转换成另一个元素。
6. 排序（Sort）：sorted()，对Stream中的元素进行排序。
7. 筛选（Distinct）：distinct()，去除Stream中的重复元素。
8. 跳过（Skip）：skip(long n)，跳过Stream中前n个元素。
9. 限制（Limit）：limit(long n)，限制Stream中元素的数量，只返回前n个元素。

   常用终端操作

10. 收集（Collect）：collect(Collector<? super T, A, R> collector)，将Stream中的元素收集到集合、数组或其他形式的结果中。
11. 计算（Count）：count()，计算Stream中元素的数量。
12. 遍历（ForEach）：forEach(Consumer<? super T> action)，对Stream中的每个元素执行指定的操作。
13. 找到（FindFirst）：findFirst()，返回Stream中的第一个元素。
14. 找到（FindAny）：findAny()，返回Stream中的任意一个元素。
15. 最小值（Min）：min(Comparator<? super T> comparator)，返回Stream中的最小值。
16. 最大值（Max）：max(Comparator<? super T> comparator)，返回Stream中的最大值。
17. 并行流（Parallel）：parallel()，将Stream转换为并行流，提高处理大量数据时的性能。

    示例代码

    import java.util.Arrays;
    import java.util.List;
    import java.util.stream.Collectors;
    public class StreamExample {
         
     public static void main(String[] args) {
         
         List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c", "d");
         // 创建Stream
         Stream<String> stream = list.stream();
         // 中间操作
         stream.filter(s -> s.startsWith("a"))
               .map(String::toUpperCase)
               .forEach(System.out::println);
         // 终端操作
         List<String> result = stream.collect(Collectors.toList());
         System.out.println(result);
     }
    }
    

    在这个例子中，我们首先创建了一个Stream，然后通过中间操作过滤出以"a"开头的字符串，并将其转换为大写。最后，我们通过终端操作将结果收集到一个List中。

    总结

    Java Stream提供了一种强大的、声明式的数据处理方式，它可以帮助我们写出更加简洁、高效的代码。然而，Stream的使用也需要一定的理解，尤其是在处理并发和异常处理时。在实际开发中，我们应该根据具体需求和场景选择合适的编程方式。