使用Stream

Java从8开始，不但引入了Lambda表达式，还引入了一个全新的流式API：Stream API。它位于java.util.stream包中。

划重点：这个Stream不同于java.io的InputStream和OutputStream，它代表的是任意Java对象的序列。两者对比如下：

java.iojava.util.stream
存储顺序读写的byte或char顺序输出的任意Java对象实例
用途序列化至文件或网络内存计算／业务逻辑

有同学会问：一个顺序输出的Java对象序列，不就是一个List容器吗？

再次划重点：这个Stream和List也不一样，List存储的每个元素都是已经存储在内存中的某个Java对象，而Stream输出的元素可能并没有预先存储在内存中，而是实时计算出来的。

换句话说，List的用途是操作一组已存在的Java对象，而Stream实现的是惰性计算，两者对比如下：

java.util.Listjava.util.stream
元素已分配并存储在内存可能未分配，实时计算
用途操作一组已存在的Java对象惰性计算

Stream看上去有点不好理解，但我们举个例子就明白了。

如果我们要表示一个全体自然数的集合，显然，用List是不可能写出来的，因为自然数是无限的，内存再大也没法放到List中：

  1. List<BigInteger> list = ??? // 全体自然数?

但是，用Stream可以做到。写法如下：

  1. Stream<BigInteger> naturals = createNaturalStream(); // 全体自然数

我们先不考虑createNaturalStream()这个方法是如何实现的，我们看看如何使用这个Stream。

首先，我们可以对每个自然数做一个平方，这样我们就把这个Stream转换成了另一个Stream：

  1. Stream<BigInteger> naturals = createNaturalStream(); // 全体自然数
  2. Stream<BigInteger> streamNxN = naturals.map(n -> n.multiply(n)); // 全体自然数的平方

因为这个streamNxN也有无限多个元素，要打印它，必须首先把无限多个元素变成有限个元素，可以用limit()方法截取前100个元素，最后用forEach()处理每个元素，这样，我们就打印出了前100个自然数的平方：

  1. Stream<BigInteger> naturals = createNaturalStream();
  2. naturals.map(n -> n.multiply(n)) // 1, 4, 9, 16, 25...
  3.         .limit(100)
  4.         .forEach(System.out::println);

我们总结一下Stream的特点：它可以“存储”有限个或无限个元素。这里的存储打了个引号，是因为元素有可能已经全部存储在内存中，也有可能是根据需要实时计算出来的。

Stream的另一个特点是，一个Stream可以轻易地转换为另一个Stream，而不是修改原Stream本身。

最后，真正的计算通常发生在最后结果的获取，也就是惰性计算。

  1. Stream<BigInteger> naturals = createNaturalStream(); // 不计算
  2. Stream<BigInteger> s2 = naturals.map(BigInteger::multiply); // 不计算
  3. Stream<BigInteger> s3 = s2.limit(100); // 不计算
  4. s3.forEach(System.out::println); // 计算

惰性计算的特点是：一个Stream转换为另一个Stream时，实际上只存储了转换规则，并没有任何计算发生。

例如，创建一个全体自然数的Stream，不会进行计算，把它转换为上述s2这个Stream，也不会进行计算。再把s2这个无限Stream转换为s3这个有限的Stream，也不会进行计算。只有最后，调用forEach确实需要Stream输出的元素时，才进行计算。我们通常把Stream的操作写成链式操作，代码更简洁：

  1. createNaturalStream()
  2.     .map(BigInteger::multiply)
  3.     .limit(100)
  4.     .forEach(System.out::println);

因此，Stream API的基本用法就是：创建一个Stream，然后做若干次转换，最后调用一个求值方法获取真正计算的结果：

  1. int result = createNaturalStream() // 创建Stream
  2.              .filter(n -> n % 2 == 0) // 任意个转换
  3.              .map(n -> n * n) // 任意个转换
  4.              .limit(100) // 任意个转换
  5.              .sum(); // 最终计算结果

小结

Stream API的特点是：

  • Stream API提供了一套新的流式处理的抽象序列；
  • Stream API支持函数式编程和链式操作；
  • Stream可以表示无限序列，并且大多数情况下是惰性求值的。

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使用Stream - 图1使用Stream - 图2