Java Streams 工作原理？

在 Java 编程的世界里，Streams 已成为一种强大而通用的概念，用于以简洁高效的方式处理数据集合。Streams 引入于 Java 8，为处理数据提供了一种函数式方法，使开发人员能够轻松地对集合执行复杂的操作。在本节中，我们将讨论 Java Streams 的内部工作原理，并探讨其作为数据处理的宝贵工具的关键特性。

什么是 Stream？

在 Java 中，Stream 是一个元素序列，可以并行或顺序地进行处理。它表示对数据源（如集合、数组或 I/O 通道）可以执行的操作管道。Streams 使开发人员能够以声明式和函数式风格表达对数据集合的计算，从而提高代码的可读性和可维护性。

Stream 操作

Streams 支持两种类型的操作：中间操作和终端操作。中间操作是对流的元素进行转换或过滤，并返回另一个流作为结果的操作。这些操作不会立即产生最终结果，而是创建一个可以进一步处理的新流。一些常见的中间操作包括 map、filter、sorted 和 distinct。

例如，map 操作允许开发人员使用提供的函数将流中的每个元素转换为另一个对象。同样，filter 操作允许开发人员根据给定条件选择性地保留流中的元素。这些操作是惰性执行的，这意味着它们在流上调用终端操作之前不会被评估。

另一方面，终端操作是产生结果或副作用的操作。它们触发流管道的执行并消耗流中的元素。终端操作可以产生单个值或集合，也可以执行诸如打印元素或写入文件之类的操作。终端操作的示例包括 forEach、collect、reduce 和 count。一旦调用了终端操作，流就不能被重复使用。

Stream 创建

Streams 可以从 Java 中的各种源创建，例如集合、数组或 I/O 通道。java.util.stream.Stream 类提供了几种创建流的方法。例如，可以对集合调用 stream() 方法来获得一个顺序流，该流按定义的顺序处理元素。相反，parallelStream() 方法返回一个并行流，它允许并行处理元素，利用多核处理器的优势。

此外，Stream.of() 方法允许从单个元素或数组创建流。它提供了一种创建具有固定元素集的流的便捷方法。此外，可以使用 Stream.generate() 或 Stream.iterate() 方法生成流，这些方法分别基于供应商或迭代函数生成无限流。

Stream 处理

流的处理分为两个阶段：设置阶段和处理阶段。在设置阶段，通过将中间操作应用于流源来构建流管道。每个中间操作都返回一个新的流，从而可以链接操作。

例如，考虑以下管道：stream.filter(x -> x > 5).map(x -> x * x).forEach(System.out::println)。在此管道中，从集合创建了一个流，然后是一个过滤操作，该操作保留大于 5 的元素。然后，一个 map 操作将每个元素平方，最后，一个 forEach 终端操作打印每个平方后的元素。管道中的每个操作都通过点表示法连接，形成一系列数据转换。

在处理阶段，调用终端操作以启动流管道的执行。元素流经管道，并且在它们通过时，每个操作都应用于这些元素。产生终端操作的结果，并且流被消耗。值得注意的是，流被设计为只能消耗一次。如果你需要重用流中的元素，可以从原始源创建新流。

Stream 特性

Java 中的 Streams 具有几个关键特性，使其用途广泛且高效。首先，Streams 可以顺序或并行处理，利用多核处理器的强大功能。并行流将数据分成多个块并并行处理它们，可能提高大型数据集和计算密集型操作的性能。只需将对流调用的方法从 stream() 更改为 parallelStream()，即可利用并行处理能力。

其次，Streams 通常是不可变的，这意味着它们不会修改源数据。相反，它们会根据应用的转换生成新的流或结果。这种不变性促进了函数式编程原则，其中数据被视为不可变，操作产生新数据而不是修改现有状态。通过避免可变状态和副作用，Streams 提高了代码的可读性和可维护性，并可以减少因共享数据意外修改而导致的错误。

这是一个演示 Streams 与中间和终端操作使用的 Java 代码示例，以及它们对应的输出：

文件名：StreamExample.java

输出

Example 1: Perform operations on a stream
9
16
25

Example 2: Use terminal operation to collect elements
[2, 4]

Example 3: Use parallel stream for concurrent processing
4
9
1
16
25

Example 4: Use terminal operation to calculate sum
Sum: 15

该代码演示了四种流用法示例。示例 1 展示了如何通过过滤元素并将其映射到新值来执行流操作。示例 2 演示了使用终端操作（collect）将元素收集到新列表中。示例 3 展示了使用并行流进行并发处理，其中输出顺序可能有所不同。示例 4 说明了使用 reduce 终端操作计算数字之和。

结论

Streams 彻底改变了 Java 中数据处理的方式。通过提供函数式和声明式方法，Streams 使开发人员能够编写优雅简洁的代码来处理集合。无论是转换、过滤、聚合还是对数据执行其他操作，Streams 都提供了一套强大而高效的工具。

理解 Streams 的工作原理对于任何希望充分利用该语言潜力的 Java 开发人员至关重要，并且可以编写更具表现力和效率的代码。通过使用 Streams，您可以简化代码，使其更具可读性，并利用并行处理能力。Streams 已成为现代 Java 编程的基础部分，使开发人员能够轻松优雅地处理复杂的数据处理任务。