Java Stream API的二度深入

2024-02-24 14:04
文章标签 java 深入 api stream 二度

本文主要是介绍Java Stream API的二度深入，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

Java Stream API的二度深入

在这里插入图片描述

前言

为什么会写这样一篇文章呢？

1.面试的时候，一位前辈对我这方面有过一次提问，我随口回答，前辈很信任我，以此文致敬前辈！

2.去回顾，去扎实，对得起前辈的信任！

3.Stream API 用起来很方便，所以很重要，所以还得学！

Stream API的三个阶段

在Java中，Stream 是Java 8引入的一个新概念，用于处理集合（Collections）数据的一种抽象。Java的Stream API 提供了一种声明式的方式来操作数据集合，可以用更简洁、可读性更强的代码来进行集合的操作。

Java Stream API的操作可以分为三个阶段：

  1. 创建流（Creation of Stream）： 这个阶段涉及到从不同的数据源创建流，可以是集合、数组、I/O通道等。

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

  2. 中间操作（Intermediate Operations）： 这个阶段包括对流的转换操作，可以对流进行过滤、映射、排序等操作。这些操作并不会改变原始数据源，而是返回一个新的流。

    Stream<Integer> filteredStream = stream.filter(x -> x > 2);

  3. 终端操作（Terminal Operations）： 这个阶段是对流进行最终操作，触发流的遍历，可以产生一个结果或者副作用。终端操作是流的最后一个操作，执行后流将不可再用。

    long count = filteredStream.count();

这三个阶段的设计使得可以通过链式调用的方式组合多个操作，从而编写更为清晰和简洁的代码。这种方式也有助于提高代码的可读性和可维护性。

当然，这里只是对于Stream API三个阶段的概述，只是告诉大家，简单分为三个阶段，至于三个阶段里面有哪些主要的方法，我们在下文进行详细叙述，这里我们点到为止！现在，大家心里面就应该有这么一个蓝图，或者是基本框架，知道我们接下来将会沿着那个几个方向展开叙述！

创建Stream流

在Java中，你可以使用多种方式来创建Stream流。

  1. 从集合创建：

    使用集合类的 stream() 或 parallelStream() 方法可以创建对应的流。例如：

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

  2. 从数组创建：

    使用 Arrays.stream() 方法可以从数组中创建流：

    String[] array = {"apple", "banana", "orange"};
Stream<String> streamFromArray = Arrays.stream(array);

  3. 通过Stream的静态方法创建：

    Stream 类提供了静态方法 of()，可以传入一系列元素来创建流：

    Stream<String> stream = Stream.of("apple", "banana", "orange");

  4. 使用Stream的generate和iterate方法：

    Stream 类还提供了 generate 和 iterate 方法，用于生成无限流：

    // 生成包含随机整数的无限流
Stream<Integer> infiniteStream = Stream.generate(() -> (int) (Math.random() * 100));// 从指定的起始值开始，按照某个规则生成无限流
Stream<Integer> sequentialStream = Stream.iterate(1, n -> n + 1);

  5. 通过文件生成流：

    java.nio.file.Files 类提供了静态方法 lines()，可以用来读取文件内容并生成流：

    Path path = Paths.get("example.txt");
Stream<String> fileLines = Files.lines(path);

  6. 使用正则表达式生成流：

    Pattern 类的 splitAsStream 方法可以根据正则表达式将字符串分割成流：

    String text = "apple,orange,banana";
Stream<String> textStream = Pattern.compile(",").splitAsStream(text);

Stream API中间操作

Stream API 提供了许多中间操作，用于对流进行转换、筛选和处理。

  1. filter：

    用于筛选元素，根据指定的条件保留符合条件的元素。

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

  2. map：

    对流中的每个元素应用指定的函数，并将结果映射为一个新的元素。

    List<String> words = Arrays.asList("apple", "banana", "orange");
Stream<Integer> wordLengths = words.stream().map(String::length);

  3. flatMap：

    将流中的每个元素都转换为一个流，然后将这些流连接起来成为一个流。

    List<List<Integer>> numbers = Arrays.asList(Arrays.asList(1, 2),Arrays.asList(3, 4),Arrays.asList(5, 6)
);Stream<Integer> flatStream = numbers.stream().flatMap(List::stream);

  4. distinct：

    去除流中的重复元素。

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

  5. sorted：

    对流中的元素进行排序。

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

  6. peek：

    对流中的每个元素执行操作，主要用于调试和观察流中的元素。

    List<String> words = Arrays.asList("apple", "banana", "orange");
Stream<String> peekStream = words.stream().peek(System.out::println);

  7. limit 和 skip：

    limit 用于截断流，保留指定数量的元素，而 skip 则用于跳过指定数量的元素。

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

  8. takeWhile 和 dropWhile（Java 9+）：

    takeWhile 返回元素满足指定条件的最长前缀，dropWhile 返回删除满足指定条件的最长前缀后的流。

    List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
Stream<Integer> takenWhileStream = numbers.stream().takeWhile(x -> x < 4);
Stream<Integer> droppedWhileStream = numbers.stream().dropWhile(x -> x < 4);

Stream API终端操作

Stream API 的终端操作用于触发对流的最终操作，产生结果或者引起副作用。

  1. forEach：

    对流中的每个元素执行指定的操作。

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

  2. toArray：

    将流中的元素转换为数组。

    List<String> words = Arrays.asList("apple", "banana", "orange");
String[] wordArray = words.stream().toArray(String[]::new);

  3. reduce：

    对流中的元素进行归约操作，可以用于求和、求最大值、最小值等。

    List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
Optional<Integer> sum = numbers.stream().reduce(Integer::sum);

  4. collect：

    将流中的元素收集到一个集合中，例如 List、Set 或 Map。

    List<String> words = Arrays.asList("apple", "banana", "orange");
List<String> collectedWords = words.stream().collect(Collectors.toList());

  5. count：

    返回流中的元素数量。

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

  6. anyMatch、allMatch 和 noneMatch：

    用于检查流中是否存在满足指定条件的元素。

    List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
boolean anyGreaterThanThree = numbers.stream().anyMatch(x -> x > 3);
boolean allGreaterThanTwo = numbers.stream().allMatch(x -> x > 2);
boolean noneGreaterThanFive = numbers.stream().noneMatch(x -> x > 5);

  7. findAny 和 findFirst：

    返回流中的任意一个元素或者第一个元素。

    List<String> words = Arrays.asList("apple", "banana", "orange");
Optional<String> anyWord = words.stream().findAny();
Optional<String> firstWord = words.stream().findFirst();

  8. min 和 max：

    返回流中的最小值或最大值。

    List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6);
Optional<Integer> minNumber = numbers.stream().min(Integer::compare);
Optional<Integer> maxNumber = numbers.stream().max(Integer::compare);

注意事项

使用Stream API时，有一些需要注意的重要事项，以确保正确、高效地利用这一功能：

  1. 只能使用一次： 一个 Stream 实例只能被消费（执行终端操作）一次。如果你尝试对已经使用过的流进行其他终端操作，会抛出 IllegalStateException 异常。如果需要再次操作，可以重新创建一个新的流。

    List<String> words = Arrays.asList("apple", "banana", "orange");
Stream<String> wordStream = words.stream();// 正确的做法
long count = wordStream.count();// 错误的做法，会抛出IllegalStateException
long anotherCount = wordStream.count();

  2. 及早退出： 在处理大量数据时，及早退出可以提高性能。使用 anyMatch()、findFirst() 等终端操作时，一旦找到符合条件的元素，就会立即返回，不再继续处理后续元素。

    List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
boolean anyGreaterThanThree = numbers.stream().anyMatch(x -> {System.out.println("Checking: " + x);return x > 3;
});

  3. 并行流的谨慎使用： Stream API 提供了并行流的支持，可以通过 parallel() 方法将顺序流转换为并行流。但并不是所有的场景都适合使用并行流，因为在某些情况下，并行流可能会导致性能下降，甚至出现并发问题。在并行流的使用上需要注意线程安全等问题。

    List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
long count = numbers.parallelStream().filter(x -> x > 2).count();

  4. 避免可变状态： 在使用 map()、flatMap() 等操作时，避免修改流中的元素或者使用可变状态。这有助于确保流操作的无状态性，避免副作用。

    // 避免修改流中的元素
List<String> words = Arrays.asList("apple", "banana", "orange");
words.stream().map(String::toUpperCase).forEach(System.out::println);// 避免使用可变状态
List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
int sum = numbers.stream().reduce(0, Integer::sum);

  5. 了解操作的性能特性： 不同的操作对性能的影响是不同的。例如，limit() 对顺序流的性能影响较小，但对并行流的性能影响较大。在选择操作时，了解其性能特性对于优化代码是有帮助的。

    List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
Stream<Integer> limitedStream = numbers.stream().limit(3);  // 对顺序流影响较小，但对并行流影响较大

  6. 使用适当的数据结构： 在创建流时，选择适当的数据结构能够影响流操作的性能。例如，ArrayList 在顺序访问时性能较好，而 LinkedList 在随机访问时性能较好。

    List<String> words = new ArrayList<>(Arrays.asList("apple", "banana", "orange"));
Stream<String> wordStream = words.stream();

总体而言，了解Stream API的使用原则，结合具体的业务场景和性能需求，能够更好地利用Stream API完成任务。注意流的延迟计算特性，避免副作用，可以使代码更加清晰、可读，并提高代码的可维护性。

这篇关于Java Stream API的二度深入的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/742326。

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