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Java 流式操作

流式操作，是 Java 8 除了Lambda表达式外的又一重大改变。学习流式操作，就是学习java.util.stream包下的API，我们称之为Stream API，它把真正的函数式编程引入到了 Java 中。

本小节我们将了解到什么是Stream，为什么使用Stream API， 流式操作的执行流程，如何实例化Stream，Stream的中间操作、Stream的终止操作等内容。

1. 什么是 Stream​

Stream是数据渠道，用于操作数据源所生成的元素序列，它可以实现对集合（Collection）的复杂操作，例如查找、替换、过滤和映射数据等操作。

我们这里说的Stream不同于java的输入输出流。另外，Collection 是一种静态的数据结构，存储在内存中，而Stream是用于计算的，通过CPU实现计算。注意不要混淆。

Tips：Stream自己不会存储数据；Stream不会改变源对象，而是返回一个新的持有结果的Stream（不可变性）；Stream操作是延迟执行的（这一点将在后面介绍）。

2. 为什么使用 Stream API​

我们在实际开发中，项目中的很多数据都来源于关系型数据库（例如 MySQL、Oracle 数据库），我们使用SQL的条件语句就可以实现对数据的筛选、过滤等等操作；

但也有很多数据来源于非关系型数据库（Redis、MongoDB等），想要处理这些数据，往往需要在 Java 层面去处理。

使用Stream API对集合中的数据进行操作，就类似于 SQL 执行的数据库查询。也可以使用Stream API来执行并行操作。简单来说，Stream API提供了一种高效且易于使用的处理数据的方式。

3. 流式操作的执行流程​

流式操作通常分为以下 3 个步骤：

  1. 创建Stream对象：通过一个数据源（例如集合、数组），获取一个流；
  2. 中间操作：一个中间的链式操作，对数据源的数据进行处理（例如过滤、排序等），直到执行终止操作才执行；
  3. 终止操作：一旦执行终止操作，就执行中间的链式操作，并产生结果。

下图展示了Stream的执行流程：

接下来我们就按照这 3 个步骤的顺序来展开学习Stream API。

4. Stream 对象的创建​

有 4 种方式来创建Stream对象。

4.1 通过集合创建 Stream​

Java 8 的java.util.Collection 接口被扩展，提供了两个获取流的默认方法：

  • default Stream<E> stream()：返回一个串行流（顺序流）；
  • default Stream<E> parallelStream()：返回一个并行流。

实例如下：

// 创建一个集合，并添加几个元素 
List<String> stringList = new ArrayList<>();  
stringList.add("hello");  
stringList.add("world");  
stringList.add("java");  
​  
// 通过集合获取串行 stream 对象 
Stream<String> stream = stringList.stream();  
// 通过集合获取并行 stream 对象 
Stream<String> personStream = stringList.parallelStream();

串行流并行流的区别是：串行流从集合中取数据是按照集合的顺序的；而并行流是并行操作的，获取到的数据是无序的。

4.2 通过数组创建 Stream​

Java 8 中的java.util.Arrays的静态方法stream()可以获取数组流：

  • static <T> Stream<T> stream(T[] array)：返回一个数组流。

此外，stream()还有几个重载方法，能够处理对应的基本数据类型的数组：

  • public static IntStream stream(int[] array)：返回以指定数组作为其源的连续IntStream；
  • public static LongStream stream(long[] array)：返回以指定数组作为其源的连续LongStream；
  • public static DoubleStream stream(double[] array)：返回以指定数组作为其源的连续DoubleStream。

实例如下：

import java.util.Arrays;
import java.util.stream.IntStream;
import java.util.stream.Stream;

public class StreamDemo1 {

    public static void main(String[] args) {
        // 初始化一个整型数组
        int[] arr = new int[]{1,2,3};
        // 通过整型数组，获取整形的 stream 对象
        IntStream stream1 = Arrays.stream(arr);

        // 通过字符串类型的数组，获取泛型类型为 String 的 stream 对象
        String[] stringArr = new String[]{"Hello", "imooc"};
        Stream<String> stream2 = Arrays.stream(stringArr);
    }
}

4.3 通过 Stream 的 of()方法​

可以通过Stream类下的of()方法来创建 Stream 对象，实例如下：

import java.util.stream.Stream;

public class StreamDemo1 {

    public static void main(String[] args) {
        // 通过 Stream 类下的 of() 方法，创建 stream 对象、
        Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3);
    }
}

4.4 创建无限流​

可以使用Stream类下的静态方法iterate()以及generate()创建无限流：

  • public static<T> Stream<T> iterate(final T seed, final UnaryOperator<T> f)：遍历；
  • public static<T> Stream<T> generate(Supplier<T> s)：生成。

创建无限流的这种方式实际使用较少，大家了解一下即可。

5. Stream 的中间操作​

多个中间操作可以连接起来形成一个流水线，除非流水线上触发终止操作，否则中间操作不会执行任何的处理。在终止操作时会一次性全部处理这些中间操作，称为“惰性求值”。下面，我们来学习一下常用的中间操作方法。

5.1 筛选与切片​

关于筛选和切片中间操作，有下面几个常用方法：

  • filter(Predicate p)：接收 Lambda，从流中清除某些元素；
  • distinct()：筛选，通过流生成元素的hashCode和equals()方法去除重复元素；
  • limit(long maxSize)：截断流，使其元素不超过给定数量；
  • skip(long n)：跳过元素，返回一个扔掉了前 n 个元素的流。若流中元素不足 n 个，则返回一个空流。与limit(n)互补。

我们先来看一个过滤集合元素的实例：