技术精讲：Java 8 Stream API

作者 | 谭朝红

链接 | ramostear .com

Stream(流)是在 java 8中新增的新特性，首先需要为Java 8 Stream正名：Java 8中的Stream跟Java I/O Stream(例如：InputStream,OutputStream等)没有任何的关系。Stream是Java中数据源的包装器，通过Stream我们可以快速的对数据源进行操作（例如：过滤，排序、求和等等），且Stream不对任何数据进行存储，所以Stream也不是数据结构。

在Java 8中，Stream增强了Array,List等对象操作数据的能力，Stream提供了一些列的方法使的这些原有的集合类可以轻松创建Stream对象实例。通过Stream API提供的静态方法，可以快速的生成有限/无限的数据流。特别指出，Stream只是增强了原有集合类的能力，并未对底层的源码做任何的修改。

1.Stream的工作流程

接下来，将介绍使用Java Stream的基本步骤。在Java 8中，Stream的生命周期一共有三个阶段：

1.获取数据源并创建Stream实例。数据源可以是数组、列表、对象或者I/O流

2.执行中间操作（Intermediate Operations）。中间操作可以是过滤、排序、类型转换等操作

3.执行终端操作（Terminal Operation）。

终端操作主要是对最终结果进行计数、求和、创建新集合等操作

图1-1展示了Java 8 Stream的工作工作流程。

图 1-1 Stream工作流程

2.Stream 操作管道是什么？

所谓的Stream操作管道是指“中间操作”和“终端操作”的组合。在Java 8 Stream API中，许多的操作方法都将当前的Stream作为最终结果返回，这就允许开发人员以连式编程的方式，组合出更大的Stream操作管道。Java 8 Stream API位于java.util.stream包下，其组织结构如图2-1所示：

图2-1 java.util.stream包

接下来，将详细介绍“中间操作”和“终端操作”各自的方法和特性。

Stream的中间操作将返回一个Stream,它允许开发者以查询的方式调用多个其他的操作。特别注意的是，在“终端操作”方法未被调用之前，“中间操作”的方法不会被执行。Stream的“中间操作”一共包括七个：Stream.filter,Stream.map,Stream.flatmap,Stream.peek,Stream.sorted和Stream.limit。

3.1.Stream.filter

Stream.filter将返回一个包含与之谓词相匹配的元素的新的Stream。下面将通过一个示例，演示Stream.filter的使用方法。

执行结果：

此示例使用“中间操作”Stream.filter过滤以“j”开头的字符串 ,并使用“终端操作”Stream.count统计以“j”开头的字符串数量。

3.2.Stream.map

Stream.map将使用java.util.function.Function提供的方法转换Stream中的元素。Stream.map操作通常用于转换集合对象。下面是使用Stream.map的示例代码：

执行结果：

3.3.Stream.flatmap

Stream.flatmap通常将Stream中的每一个元素转换成0个或多个元素。下面将通过flatmap来统计一个文本中单词的出现次数（不重复）。示例代码如下：

执行结果：

source.txt内容：

  java 8 stream example by ramostear  
 3.4.Stream.peek  
Stream.peek在调试期间非常有用,它允许您在操作Stream之前查看Stream内部的数据。下面是示例代码： 
   
执行结果： 
  Java  C#  C++  GO  result size = 4  
 3.5.Stream. distinct   
Stream.distinct是根据其内部的equals方法在Stream中对元素进行去重操作。下面是使用示例： 
   
执行结果： 
  6  1  8  11  
 3.6.Stream.sorted  
Stream.sorted方法用于将Stream中的数据元素进行排序。下面是使用示例： 
   
执行结果： 
  1  6  8  11  
 3.7.Stream.limit  
Stream.limit方法用于限定Stream中元素的个数。下面是使用示例： 
   
执行结果： 
  0  1  2  3  4  5  11  618  
 4.Stream 终端操作（Terminal Operations）是什么？  
终端操作用于生产最终的数据结果，如对象，数组或者列表。在终端操作方法被执行前，中间操作方法将不会被执行。终端操作方法一共有十二个，它们是：forEach,toArray,reduce,collect,min,max,count,anymatch,allMatch,noneMatch,findFirst和findAny。表4-1列举了这十二个终端操作的使用方法 
   
图 4-1 Stream终端操作方法 
 5.如何创建Stream实例？  
Stream支持多种数据源创建Stream实例，如Array,List,Object和I/O流。接下来，通过简单的示例来演示如何创建Stream。 
 5.1 使用数组创建Stream  
首先，我们定义一个静态的数组 users ,并初始几条用户数据，代码如下： 
 private static User users = {new User("user1"),new User("user2"),new User("user3")};  
接下来，将利用users来创建一个Stream对象实例，示例代码如下： 
 public static void fromArray {   Stream<User> uStream = Stream.of(users);   System.out.println("create stream from array.");   uStream.forEach(u->System.out.println(u.getUsername));  }  
 5.2 使用对象创建Stream  
沿用上面定义的users数组，通过数组下标获得用户对象，并利用这些对象创建一个Stream实例，代码如下： 
 public static void fromObjects {  
  Stream<User> uStream = Stream.of(users[0],users[1],users[2]);   System.out.println("create stream from objects.");   uStream.forEach(u->System.out.println(u.getUsername));  
 }  
 5.3 使用List创建Stream  
接下来，我们将users数组转换成List，并使用此List来创建Stream实例。代码如下： 
 public static void fromList {  
  List<User> list = Arrays.asList(users);   Stream<User> uStream = list.stream;   System.out.println("create stream from list.");   uStream.forEach(u->System.out.println(u.getUsername));  
 }  
 5.4 使用builder方法创建Stream  
最后，我们将演示使用Stream内置的builder静态方法创建Stream实例。代码如下： 
 public static void byBuilder {   Stream.Builder<User> userStream = Stream.builder;   userStream. accept (users[0]);   userStream.accept(users[1]);   userStream.accept(users[2]);   System.out.println("create stream by builder.");   userStream.build.forEach(u->System.out.println(u.getUsername));  }  
以上就是通过数据源创建Stream实例的几种不同方式。 
 6.为什么要使用Stream?  
在命令式编程中，我们必须逐行编写代码，才能完成相关的计算。例如，计算1~10000的数的总和，我们需要使用for(int i=1;i<=10000;i++){….}循环语句来迭代求值。在这个语句中，我们需要花费额外的精力来维护loop变量的值。而在声明式编程中，我们只需要 关注 想要实现的目标，而不是其内部重复的循环逻辑。 
Stream API通过使用内部迭代器和lambda表达式，帮助我们完成了那些重复性的逻辑。Stream API的作用不仅仅用于数据迭代，它还能通过中间操作和终端操作实现数据的排序、类型转换、求和、计数、求最大值、最小值以及模式匹配等操作。 
接下来，表6-1展示了命令式编程和声明式编程的优劣： 
   
 总结  
在本文中，介绍了Java Stream的基本工作流程，并详细列举了中间操作和终端操作的细节。通过使用Stream，我们可以将传统的命令式编程代码进行简化，以提高编程效率。 
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1.Stream的工作流程