后端|知识点：Java 中的 Stream API

一、Stream API 简介

Java 8 引入的 Stream API 是对集合操作的一种全新方式，它为处理集合数据提供了简洁、高效且功能强大的方法。Stream 不是一种数据结构，而是在数据源（如集合、数组等）上进行功能性操作的管道。它允许我们以声明式的方式处理数据，将数据处理逻辑与数据本身分离开来，从而使代码更加易读和易于维护。

二、Stream 的创建

从集合创建 集合类（如 List、Set）提供了 stream() 和 parallelStream() 方法来创建顺序流和并行流。例如：


java
 代码解读
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import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.stream.Stream;

public class StreamFromCollection {
    public static void main(String[] args) {
        List numbers = new ArrayList<>();
        numbers.add(1);
        numbers.add(2);
        numbers.add(3);

        // 创建顺序流
        Stream sequentialStream = numbers.stream();

        // 创建并行流
        Stream parallelStream = numbers.parallelStream();
    }
}

从数组创建 通过 Arrays.stream() 方法可以从数组创建 Stream。例如：


java
 代码解读
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import java.util.Arrays;
import java.util.stream.Stream;

public class StreamFromArray {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1, 2, 3, 4, 5};
        Stream<int[]> streamFromArray = Stream.of(array);
        // 对于基本类型数组，也可以直接使用 Arrays.stream
        java.util.stream.IntStream intStream = Arrays.stream(array);
    }
}

使用 Stream.of() 创建 可以使用 Stream.of() 方法创建包含特定元素的 Stream。例如：


java
 代码解读
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import java.util.stream.Stream;

public class StreamOfExample {
    public static void main(String[] args) {
        Stream stream = Stream.of("apple", "banana", "cherry");
    }
}

三、Stream 的操作

Stream 的操作分为中间操作和终端操作。

（一）中间操作

中间操作会返回一个新的 Stream，并且可以链式调用多个中间操作。常见的中间操作有：

过滤（filter） filter 方法用于根据给定的条件过滤 Stream 中的元素。例如：


java
 代码解读
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import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class FilterExample {
    public static void main(String[] args) {
        List numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);
        List evenNumbers = numbers.stream()
              .filter(n -> n % 2 == 0)
              .collect(Collectors.toList());
        System.out.println(evenNumbers); 
    }
}

映射（map） map 方法将 Stream 中的每个元素按照给定的函数进行转换。例如：


java
 代码解读
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import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class MapExample {
    public static void main(String[] args) {
        List numbers = Arrays.asList(1, 2, 3);
        List squaredNumbers = numbers.stream()
              .map(n -> n * n)
              .collect(Collectors.toList());
        System.out.println(squaredNumbers); 
    }
}

排序（sorted） sorted 方法用于对 Stream 中的元素进行排序。例如：


java
 代码解读
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import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class SortedExample {
    public static void main(String[] args) {
        List numbers = Arrays.asList(3, 1, 2);
        List sortedNumbers = numbers.stream()
              .sorted()
              .collect(Collectors.toList());
        System.out.println(sortedNumbers); 
    }
}

（二）终端操作

终端操作会触发 Stream 的处理，并返回一个结果或副作用。常见的终端操作有：

收集（collect） collect 方法用于将 Stream 中的元素收集到一个集合中，或者进行一些聚合操作。例如：


java
 代码解读
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import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class CollectExample {
    public static void main(String[] args) {
        List numbers = Arrays.asList(1, 2, 3);
        List squaredNumbers = numbers.stream()
              .map(n -> n * n)
              .collect(Collectors.toList());
        // 收集到 Set
        Set squaredSet = numbers.stream()
              .map(n -> n * n)
              .collect(Collectors.toSet());
        // 计算总和
        int sum = numbers.stream()
              .mapToInt(Integer::intValue)
              .sum();
    }
}

遍历（forEach） forEach 方法用于对 Stream 中的每个元素执行给定的操作。例如：


java
 代码解读
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import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class ForEachExample {
    public static void main(String[] args) {
        List numbers = Arrays.asList(1, 2, 3);
        numbers.stream()
              .forEach(System.out::println);
    }
}

归约（reduce） reduce 方法将 Stream 中的元素组合起来，通过一个二元操作得到一个累积的结果。例如：


java
 代码解读
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import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class ReduceExample {
    public static void main(String[] args) {
        List numbers = Arrays.asList(1, 2, 3);
        int sum = numbers.stream()
              .reduce(0, (a, b) -> a + b);
        System.out.println(sum); 
    }
}

四、并行流

并行流利用多核 CPU 的优势，将 Stream 中的元素分成多个部分，并行地对每个部分进行操作，从而提高处理效率。创建并行流很简单，只需要在集合上调用 parallelStream() 方法即可。例如：


java
 代码解读
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import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class ParallelStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        List numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
        List squaredNumbers = numbers.parallelStream()
              .map(n -> n * n)
              .collect(Collectors.toList());
        System.out.println(squaredNumbers); 
    }
}

但需要注意的是，并行流并不总是比顺序流快，特别是在数据量较小或者操作本身较为简单的情况下。此外，并行流在处理共享状态或者有副作用的操作时需要特别小心，因为并行操作可能会导致数据竞争和不一致的结果。

Stream API 为 Java 开发者提供了一种强大而灵活的方式来处理集合数据，使得代码更加简洁、高效。合理使用 Stream API 可以提高程序的可读性和性能。