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【JDK1.8 新特性】Stream API

news 2025/7/3 22:51:57

1. 前言

Java8中有两大最为重要的改变。第一个是 Lambda 表达式；另外一个则是 Stream API。
Stream API ( java.util.stream) 把真正的函数式编程风格引入到Java中。这是目前为止对Java类库最好的补充，因为Stream API可以极大提供Java程序员的生产力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。
Stream 是 Java8 中处理集合的关键抽象概念，它可以指定你希望对集合进行的操作，可以执行非常复杂的查找、过滤和映射数据等操作。 使用Stream API 对集合数据进行操作，就类似于使用 SQL 执行的数据库查询。也可以使用 Stream API 来并行执行操作。简言之，Stream API 提供了一种高效且易于使用的处理数据的方式。

2. 什么是Stream？为什么需要Stream？

Stream 是数据渠道，用于操作数据源（集合、数组等）所生成的元素序列。

Stream 和 Collection 集合的区别：Collection 是一种静态的内存数据结构，讲的是存储数据，而 Stream 是有关计算的（排序、查找、过滤、映射、遍历等），讲的是对数据进行计算。前者是主要面向内存，存储在内存中，后者主要是面向 CPU，通过 CPU 实现计算。

实际开发中，项目中多数数据源都来自于MySQL、Oracle等，这些都是使用SQL区操作。但现在数据源可以更多了，有MongDB，Radis等，而这些NoSQL的数据就需要Java层面去处理，而Stream提供了一套功能强大的处理数据的API。

注意：
① Stream 自己不会存储元素。
② Stream 不会改变源对象。相反，他们会返回一个持有结果的新Stream。
③ Stream 操作是延迟执行的。这意味着他们会等到需要结果的时候才执行。即一旦执行终止操作，就执行中间操作链，并产生结果。
④ Stream一旦执行了终止操作，就不能再调用其它中间操作或终止操作了。

3. Stream的操作三个步骤

创建 Stream
一个数据源（如：集合、数组），获取一个流
中间操作
每次处理都会返回一个持有结果的新Stream，即中间操作的方法返回值仍然是Stream类型的对象。因此中间操作可以是个操作链，可对数据源的数据进行n次处理，但是在终结操作前，并不会真正执行。
终止操作(终端操作)
终止操作的方法返回值类型就不再是Stream了，因此一旦执行终止操作，就结束整个Stream操作了。一旦执行终止操作，就执行中间操作链，最终产生结果并结束Stream。

3.1 创建Stream

方式一：通过集合创建Stream流

Java8 中的 Collection 接口被扩展，提供了两个获取流的方法：

default Stream stream() : 返回一个顺序流
default Stream parallelStream() : 返回一个并行流

并行流 是指将一个大的数据集合分成多个小的数据块，分配给多个线程并行处理的流。并行流可以提高数据处理的速度，特别是在处理大数据集合的时候。Java 8使用Fork/Join框架来实现并行流。
使用并行流的方式：

List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);
// 创建并行流
Stream<Integer> parallelStream = list.parallelStream();
// 对并行流进行操作
parallelStream.forEach(System.out::println);

顺序流 是指将数据集合按照一定的顺序依次处理的流。顺序流是默认的流类型，它可以保证数据的处理顺序和原始数据集合的顺序一致。
使用顺序流的方式：

List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);
// 创建顺序流
Stream<Integer> stream = list.stream();
// 对顺序流进行操作
stream.forEach(System.out::println);

区别：

并行流能够自动将数据集合分成多个小的数据块并行处理，而顺序流是按照顺序依次处理数据集合。
并行流可以提高数据处理的速度，特别是在处理大数据集合的时候，而顺序流适合处理小数据集合。
并行流需要消耗额外的计算资源，比如CPU和内存等，而顺序流不需要额外的计算资源。

方式二：通过数组创建Stream流

Java8 中的 Arrays 的静态方法 stream() 可以获取数组流：

static Stream stream(T[] array): 返回一个流
public static IntStream stream(int[] array)：返回一个int类型的流
public static LongStream stream(long[] array)：返回一个Long类型的流
public static DoubleStream stream(double[] array)：返回一个Double类型的流

@Test
public void test02(){String[] arr = {"hello","world"};Stream<String> stream = Arrays.stream(arr);  //返回一个流
}@Test
public void test03(){int[] arr = {1,2,3,4,5};IntStream stream = Arrays.stream(arr);//返回一个int类型的流
}

方式四：将非集合类创建Stream流

可以调用Stream类静态方法 of(), 通过显示值创建一个流。它可以接收任意数量的参数。

public static Stream of(T… values) : 返回一个流

@Test
public void test04(){Stream<Integer> stream = Stream.of(1,2,3,4,5);stream.forEach(System.out::println);
}

方式五：创建无限流（了解）

无限流是指没有固定大小的流，可以无限地生成数据。与之相对的是有限流，有限流有固定大小，只包含有限的数据元素。无限流可以使用Java 8中的Stream API来创建。

需要注意的是，无限流是无限的，因此在使用时需要注意控制流的大小，避免出现无限循环或者无限等待等情况。

创建无限流的方式主要有以下几种：

使用Stream.generate()方法创建无限流，该方法接受一个Supplier类型的参数，用于生成数据元素。

// 创建一个无限流，该流每次生成一个随机整数
Stream<Integer> infiniteStream = Stream.generate(() -> new Random().nextInt());

使用Stream.iterate()方法创建无限流，该方法接受一个起始值和一个UnaryOperator类型的参数，用于对起始值进行迭代操作。

// 创建一个无限流，该流每次迭代对上一次的结果进行平方操作
Stream<Integer> infiniteStream = Stream.iterate(1, n -> n * n);

使用IntStream.range()或IntStream.rangeClosed()方法创建无限流，这两种方法用于生成一个区间范围内的整数流，可以用于构建无限流。
```
// 创建一个无限流，该流每次生成一个从0开始的整数
IntStream infiniteStream = IntStream.range(0, Integer.MAX_VALUE);
```

方式六：创建空Stream

Java 8 中 Stream 不能完全为null，否则会报空指针异常。而 Java 9 中的 ofNullable 方法允许我们创建一个单元素 Stream，可以包含一个非空元素，也可以创建一个空 Stream。

//报NullPointerException
//Stream<Object> stream1 = Stream.of(null);
//System.out.println(stream1.count());//不报异常，允许通过
Stream<String> stringStream = Stream.of("AA", "BB", null);
System.out.println(stringStream.count());//3//不报异常，允许通过
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("AA");
list.add(null);
System.out.println(list.stream().count());//2
//ofNullable()：允许值为null
Stream<Object> stream1 = Stream.ofNullable(null);
System.out.println(stream1.count());//0Stream<String> stream = Stream.ofNullable("hello world");
System.out.println(stream.count());//1

3.2 中间操作

多个中间操作可以连接起来形成一个流水线，除非流水线上触发终止操作，否则中间操作不会执行任何的处理！而在终止操作时一次性全部处理，称为“惰性求值”。

1. 筛选与切片

filter(Predicatep)：接收 Lambda ，从流中排除某些元素
distinct()：筛选去重，通过流所生成元素的 hashCode() 和 equals() 去除重复元素，一定要重写 hashCode() 和 equals()
limit(long maxSize)：截断流，使其元素不超过给定数量
skip(long n)：跳过元素，返回一个扔掉了前 n 个元素的流。若流中元素不足 n 个，则返回一个空流。与 limit(n) 互补

2. 映射

map(Function f)：接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，并将其映射成一个新的元素。
mapToDouble(ToDoubleFunction f)：接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，产生一个新的 DoubleStream。
mapToInt(ToIntFunction f)：接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，产生一个新的 IntStream。
mapToLong(ToLongFunction f)：接收一个函数作为参数，该函数会被应用到每个元素上，产生一个新的 LongStream。
flatMap(Function f)：接收一个函数作为参数，将流中的每个值都换成另一个流，然后把所有流连接成一个流

3. 排序

sorted()：产生一个新流，其中按自然顺序排序
sorted(Comparatorcom)：产生一个新流，其中按比较器顺序排序

4. 终止操作

终端操作会从流的流水线生成结果。其结果可以是任何不是流的值，例如：List、Integer，甚至是 void 。
流进行了终止操作后，不能再次使用。

1. 匹配与查找

allMatch(Predicate p)：检查是否匹配所有元素
anyMatch(Predicate p) ：检查是否至少匹配一个元素
noneMatch(Predicatep)：检查是否没有匹配所有元素
findFirst()：返回第一个元素
findAny()：返回当前流中的任意元素
count()：返回流中元素总数
max(Comparator c)：返回流中最大值
min(Comparator c)：返回流中最小值
forEach(Consumer c)：内部迭代(使用 Collection 接口需要用户去做迭代，称为外部迭代。相反，Stream API 使用内部迭代——它帮你把迭代做了)

2. 归约

reduce(T identity, BinaryOperator b)：可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回 T
reduce(BinaryOperator b)：可以将流中元素反复结合起来，得到一个值。返回 Optional

备注：map 和 reduce 的连接通常称为 map-reduce 模式，因 Google 用它来进行网络搜索而出名。

3. 收集

collect(Collector c)：将流转换为其他形式。接收一个 Collector接口的实现，用于给Stream中元素做汇总的方法

Collector 接口中方法的实现决定了如何对流执行收集的操作(如收集到 List、Set、Map)。

另外， Collectors 实用类提供了很多静态方法，可以方便地创建常见收集器实例，具体方法与实例如下表：

方法	返回类型	作用
toList	Collector<T, ?, List>	把流中元素收集到List
toSet	Collector<T, ?, Set>	把流中元素收集到Set
toCollection	Collector<T, ?, C>	把流中元素收集到创建的集合
counting	Collector<T, ?, Long>	计算流中元素的个数
summingInt	Collector<T, ?, Integer>	对流中元素的整数属性求和
averagingInt	Collector<T, ?, Double>	计算流中元素Integer属性的平均值
summarizingInt	Collector<T, ?, IntSummaryStatistics>	收集流中Integer属性的统计值。如：平均值
joining	Collector<CharSequence, ?, String>	连接流中每个字符串
maxBy	Collector<T, ?, Optional>	根据比较器选择最大值
minBy	Collector<T, ?, Optional>	根据比较器选择最小值
reducing	Collector<T, ?, Optional>	从一个作为累加器的初始值开始，利用BinaryOperator与流中元素逐个结合，从而归约成单个值
collectingAndThen	Collector<T,A,RR>	包裹另一个收集器，对其结果转换函数
groupingBy	Collector<T, ?, Map<K, List>>	根据某属性值对流分组，属性为K，结果为V
partitioningBy	Collector<T, ?, Map<Boolean, List>>	根据true或false进行分区

4. iterator重载

jdk 9.0新特性

//原来的控制终止方式：
Stream.iterate(1,i -> i + 1).limit(10).forEach(System.out::println);//现在的终止方式：
Stream.iterate(1,i -> i < 100,i -> i + 1).forEach(System.out::println);