Stream流总结

前言

在Java中，涉及到对数组、Collecction等集合类中的元素进行操作的时候，通常会通过循环的方式进行逐个处理，或者使用Stream流的方式进行处理

例子

从给定句子中返回单词长度大于5的单词列表，按长度倒序输出，最多返回3个

public static List<String> sortGetTop3LongWords(@NotNull String sentence) {
    return Arrays.stream(sentence.split(","))
            .filter(word -> word.length() > 5)
            .sorted((o1, o2) -> o2.length() - o1.length())
            .limit(3)
            .collect(Collectors.toList());
}
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Stream简介

Stream流操作分为3种类型：

• 创建Stream
• Stream中间处理
• 终止Stream

每个Stream管道操作类型都包含若干个API方法，先列举下各个API方法的功能介绍

一、开始管道

主要负责新建一个Stream流，或者基于现有的数组、List、Set、Map等集合类型对象创建出新的Stream流

• stream(): 创建出一个新的Stream串行流对象
• parallelStream(): 创建出一个可并行执行的Stream流对象
• Stream.of(): 通过给定的一系列元素创建一个新的Stream串行流对象

二、中间管道

负责对Stream流进行处理操作，并返回一个新的Stream对象，中间管道操作可以进行叠加

• filter(): 按照条件过滤符合要求的元素，返回新的Stream流；
• map(): 将已有元素转换为另一个对象类型，一对一逻辑，返回新的Stream流；
• flatMap(): 将已有元素转换为另一个对象类型，一对多逻辑，即原来一个元素对象可能会转换为1个或者多个新类型的元素，返回新的Stream流；
• limit(): 仅保留集合前面指定个数的元素，返回新的Stream流；
• skip(): 跳过集合前面指定个数的元素，返回新的Stream流；
• concat(): 将两个流的数据合并起来为1个新的流，返回新的Stream流；
• distinct(): 对Stream流中所有元素进行去重，返回新的Stream流；
• sorted(): 对Stream中所有的元素按照指定规则进行排序，返回新的Stream流；
• peek(): 对Stream流中的每个元素进行逐个遍历处理，返回处理后的Stream流

三、终止管道

通过终止管道操作之后，Stream流将会结束，最后可能会执行某些逻辑处理，或者是按照要求返回某些执行后的结果数据

• count(): 返回Stream处理后最终的元素个数
• max(): 返回Stream处理后的元素最大值
• min(): 返回Stream处理后的元素最小值
• findFirst(): 找到一个符合条件的元素时则终止流处理
• findAny(): 找到一个符合条件的元素时则推退出流处理，这个对于串行流时与findFirst相同，对于并行流比较高效，任何分片中找到都会终止后续计算逻辑
• anyMatch(): 返回一个boolean值，类似与isContains()，用于判断是否有符合条件的元素
• allMatch(): 返回一个boolean值，用于判断是否所有元素都符合条件
• noneMatch(): 返回一个boolean值，用于判断是否所有元素都不符合条件
• collect(): 将流转换为指定的类型，通过Collectors进行指定
• toArray(): 将流转换为数组
• iterator(): 将流转换为Iterator对象
• foreach(): 无返回值，对元素进行逐个遍历，然后执行给定的处理逻辑

操作案例

一、map与flatMap

map与flatMap都是用于转换已有的元素为其他元素，区别点在于：

• map必须是一对一的，即每个元素都只能转换为1个新的元素
• flatMap可以是一对多的，即每个元素都可以转换为1个或者多个新的元素

flatMap例子：现有一个句子列表，需要将句子中每个单词都提取出来得到一个所有单词列表

public static List<String> stringToIntFlatmap() {
   List<String> sentences = Arrays.asList("hello world", "Jia Gou Wu Dao");
    return sentences.stream()
            .flatMap(sentence -> Arrays.stream(sentence.split(" ")))
            .collect(Collectors.toList());
}
stringToIntFlatmap().forEach(System.out::println);
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这里需要补充一句，flatMap操作的时候其实是先每个元素处理并返回一个新的Stream，然后将多个Stream展开合并为了一个完整的Stream，如下：

二、peek和foreach方法

peek和foreach，都可以用于对元素进行遍历然后逐个的进行处理
但根据前面的介绍，peek属于中间方法，而foreach属于终止方法。这也就意味着peek只能作为管道中途的一个处理步骤，而设法直接执行得到结果，其后面必须还要有其它终止操作的时候才会被执行；而foreach作为无返回值的终止方法，则可以直接执行相关操作

public static void testPeekAndForeach() {
    List<String> sentences = Arrays.asList("hello world", "Jia Gou Wu Dao");
    // 仅peek操作，最终不会执行
    System.out.println("----before peek----");
    sentences.stream().peek(sentence -> System.out.println(sentence));
    System.out.println("----after peek----");
    // 仅foreach操作，最终会执行
    System.out.println("----before foreach----");
    sentences.stream().forEach(sentence -> System.out.println(sentence));
    System.out.println("----after foreach----");
    // peek操作后面增加终止操作，peek会执行
    System.out.println("----before peek and count----");
    sentences.stream().peek(sentence -> System.out.println(sentence)).count();
    System.out.println("----after peek and count----");
}
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输出结果可以看出，peek独自调用时并没有被执行，但peek后面加上终止操作之后便可以被执行，而foreach可以直接被执行

避坑

这里需要补充提醒下，一旦一个Stream被执行了终止操作之后，后续便不可以再读这个流执行其他的操作了，否则会报错

public static void testHandleStreamAfterClosed() {
   List<String> ids = Arrays.asList("205","10","308","49","627","193","111", "193");
   Stream<String> stream = ids.stream().filter(s -> s.length() > 2);
   System.out.println(stream.count());
   System.out.println("-----下面会报错-----");
   // 判断是否有元素等于205
   try {
       System.out.println(stream.anyMatch("205"::equals));
   } catch (Exception e) {
       e.printStackTrace();
   }
   System.out.println("-----上面会报错-----");
}
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因为Stream已经被执行count()终止方法了，所以多Stream再执行anyMatch方法的时候，就会报错，这里需要特别注意。

数据批量数学运算

public static void testNumberCalculate() {
   List<Integer> ids = Arrays.asList(10, 20, 30, 40, 50);
    // 计算平均值
    Double avg = ids.stream().collect(Collectors.averagingInt(value -> value));
    System.out.println("平均值：" + avg);
    // 数据统计信息
    IntSummaryStatistics summary = ids.stream().collect(Collectors.summarizingInt(value -> value));
    System.out.println("数据统计信息：" + summary);
}
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上面的例子中，使用collect()方法来对list中元素值进行数学运算：结果如下：

并行流

机制说明

使用并行流，可以有效利用计算机的多CPU硬件，提升逻辑的执行速度。并行流通过将一整个stream划分为多个片段，然后对各个分片流并行执行处理逻辑，最后将各个分片流的执行结果汇总为一个整体流

约束与限制

并行流类似于多线程在并行处理，所以与多线程场景相关的一些问题同样会存在，比如死锁等问题，所以在并行流终止执行的函数逻辑，必须要保证线程安全

总结

Stream流相较于传统的foreach的方式处理stream，到底有啥优势？

根据前面的介绍，我们应该可以得出如下几点答案：

• 代码更简洁，偏声明式的编码风格，更容易体现出代码的逻辑意图；
• 逻辑间解耦，一个Stream中间处理逻辑，无需关注上游与下游的内容，只需要按约定实现自身逻辑即可；
• 并行流场景效率会比迭代器逐个循环更高；
• 函数式接口，延迟执行的特性，中间管道操作不管有多少步骤都不会立即执行，只有遇到终止操作的时候才会开始执行，可以避免一些中间不必要的操作消耗

当然了，Stream流也不全是优点，在有些方面也有其弊端：

• 代码调测debug不便；
• 程序员从历史写法切换到Stream流时，需要一定的适应时间