java的Stream流处理

Java Stream 流处理详解

Stream 是 Java 8 引入的一个强大的数据处理抽象，它允许你以声明式方式处理数据集合（类似于 SQL 语句），支持并行操作，提高了代码的可读性和处理效率。

一、Stream 的核心概念

1. 什么是 Stream

• 不是数据结构：不存储数据，只是从数据源（集合、数组等）获取数据

• 函数式风格：支持 lambda 表达式和方法引用

• 延迟执行：许多操作（中间操作）不会立即执行，只有遇到终止操作才会执行

• 可消费性：Stream 只能被消费一次，用完即失效

2. 操作类型

• 中间操作(Intermediate Operations)：返回 Stream 本身，可以链式调用（如 filter, map）

• 终止操作(Terminal Operations)：产生最终结果或副作用（如 forEach, collect）

二、创建 Stream 的多种方式

// 1. 从集合创建
List list = Arrays.asList("a", "b", "c");
Stream stream1 = list.stream();       // 顺序流
Stream parallelStream = list.parallelStream(); // 并行流

// 2. 从数组创建
String[] array = {"a", "b", "c"};
Stream stream2 = Arrays.stream(array);

// 3. 使用Stream.of()
Stream stream3 = Stream.of("a", "b", "c");

// 4. 使用Stream.generate() 无限流
Stream randomStream = Stream.generate(Math::random).limit(5);

// 5. 使用Stream.iterate() 迭代流
Stream iterateStream = Stream.iterate(0, n -> n + 2).limit(10);

三、常用的中间操作

1. 过滤操作

// filter(Predicate) 过滤符合条件的元素
List filtered = list.stream()
    .filter(s -> s.startsWith("a"))
    .collect(Collectors.toList());

2. 映射操作

// map(Function) 将元素转换为其他形式
List lengths = list.stream()
    .map(String::length)
    .collect(Collectors.toList());

// flatMap 将多个流合并为一个流
List flatMapped = list.stream()
    .flatMap(s -> Stream.of(s.split("")))
    .collect(Collectors.toList());

3. 去重和排序

// distinct() 去重
List distinct = list.stream().distinct().collect(Collectors.toList());

// sorted() 自然排序
List sorted = list.stream().sorted().collect(Collectors.toList());

// sorted(Comparator) 自定义排序
List customSorted = list.stream()
    .sorted((s1, s2) -> s2.compareTo(s1))
    .collect(Collectors.toList());

4. 其他中间操作

// limit(long) 限制元素数量
// skip(long) 跳过前N个元素
// peek(Consumer) 查看流中元素（主要用于调试）

四、常用的终止操作

1. 遍历操作

// forEach(Consumer) 遍历每个元素
list.stream().forEach(System.out::println);

2. 收集结果

// collect(Collector) 将流转换为集合或其他形式
List collectedList = stream.collect(Collectors.toList());
Set collectedSet = stream.collect(Collectors.toSet());
Map map = stream.collect(
    Collectors.toMap(Function.identity(), String::length));

3. 聚合操作

// count() 计数
long count = list.stream().count();

// max/min(Comparator) 最大/最小值
Optional max = list.stream().max(Comparator.naturalOrder());

// reduce 归约操作
Optional sum = Stream.of(1, 2, 3).reduce(Integer::sum);

4. 匹配操作

// anyMatch 任意元素匹配
boolean anyStartsWithA = list.stream().anyMatch(s -> s.startsWith("a"));

// allMatch 所有元素匹配
boolean allStartsWithA = list.stream().allMatch(s -> s.startsWith("a"));

// noneMatch 没有元素匹配
boolean noneStartsWithZ = list.stream().noneMatch(s -> s.startsWith("z"));

五、数值流特化

Java 8 提供了专门的数值流，避免装箱拆箱开销：

// IntStream, LongStream, DoubleStream
IntStream intStream = IntStream.range(1, 100); // 1-99
DoubleStream doubleStream = DoubleStream.of(1.1, 2.2);

// 常用数值操作
int sum = IntStream.rangeClosed(1, 100).sum(); // 1-100的和
OptionalDouble avg = IntStream.of(1, 2, 3).average();

六、并行流处理

// 创建并行流
List parallelProcessed = list.parallelStream()
    .filter(s -> s.length() > 1)
    .collect(Collectors.toList());

// 注意事项：
// 1. 确保操作是线程安全的
// 2. 避免有状态的操作
// 3. 数据量足够大时才使用并行流

七、收集器(Collectors)的高级用法

// 分组
Map> groupByLength = list.stream()
    .collect(Collectors.groupingBy(String::length));

// 分区
Map> partition = list.stream()
    .collect(Collectors.partitioningBy(s -> s.startsWith("a")));

// 连接字符串
String joined = list.stream().collect(Collectors.joining(", "));

// 汇总统计
IntSummaryStatistics stats = list.stream()
    .collect(Collectors.summarizingInt(String::length));

八、实际应用示例

示例1：处理对象集合

List people = ...;

// 获取所有成年人的姓名列表
List adultNames = people.stream()
    .filter(p -> p.getAge() >= 18)
    .map(Person::getName)
    .collect(Collectors.toList());

// 按城市分组
Map> byCity = people.stream()
    .collect(Collectors.groupingBy(Person::getCity));

// 计算每个城市的平均年龄
Map avgAgeByCity = people.stream()
    .collect(Collectors.groupingBy(
        Person::getCity,
        Collectors.averagingInt(Person::getAge)
    ));

示例2：文件处理

// 读取文件并处理
try (Stream lines = Files.lines(Paths.get("data.txt"))) {
    long wordCount = lines
        .flatMap(line -> Arrays.stream(line.split("\\s+")))
        .filter(word -> word.length() > 0)
        .count();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

九、注意事项

1. 流只能消费一次：尝试第二次使用已关闭的流会抛出 IllegalStateException

2. 避免修改源数据：流操作期间不应修改源集合

3. 合理使用并行流：并非所有情况都适合并行，小数据量可能适得其反

4. 注意自动装箱：数值操作尽量使用原始类型特化流(IntStream等)

5. 延迟执行特性：没有终止操作，中间操作不会执行

Stream API 提供了一种高效、声明式的数据处理方式，是现代 Java 编程中不可或缺的工具。合理使用可以大幅提升代码的可读性和维护性。