Stream API入门-JAVA 函数式编程入门与实践

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### Stream API入门

在Java 8中，Stream API的引入是函数式编程理念在Java中的一次重大飞跃，它极大地提升了集合（Collection）处理的效率与灵活性。Stream API允许你以声明式方式处理数据集合（包括数组、集合等），通过一系列中间操作（Intermediate Operations）和终端操作（Terminal Operations）的组合，可以简洁地表达复杂的数据处理逻辑。本章将带你走进Stream API的世界，从基础概念到高级应用，逐步掌握这一强大的数据处理工具。

#### 1. Stream API基础概念

**1.1 什么是Stream?**

Stream API中的“Stream”是一个来自数据源的元素队列并支持聚合操作。和迭代器（Iterator）类似，但Stream API提供了更丰富的操作，如过滤、映射、排序等，且这些操作可以形成流水线式的数据处理。Stream操作分为中间操作和终端操作：

- **中间操作**：返回一个新的Stream，可以链式调用，如`filter()`, `map()`, `sorted()`等。
- **终端操作**：产生一个结果或副作用，如`forEach()`, `collect()`, `reduce()`等，执行后Stream流水线结束。

**1.2 Stream的特点**

- **懒执行**：Stream的操作是延迟执行的，直到需要结果时才真正开始处理数据，这有助于提高效率。
- **不可变性**：Stream操作不会修改原始数据源，每次操作都会返回一个新的Stream实例。
- **可消费性**：Stream只能被消费一次，一旦执行了终端操作，Stream就不能再被使用了。

#### 2. Stream的创建

Stream API提供了多种方式来创建Stream，包括但不限于以下几种：

- **集合创建**：通过`Collection`接口的`stream()`或`parallelStream()`方法创建。
- **数组创建**：使用`Arrays.stream(T[] array)`静态方法。
- **静态方法**：如`Stream.of(T... values)`或`Stream.builder()`。
- **文件与IO**：Java NIO中的Files类提供了`lines(Path path)`等方法，用于从文件中读取行作为Stream。

```java
List<String> list = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
Stream<String> stream = list.stream(); // 从集合创建

Stream<Integer> intStream = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5); // 使用静态方法创建
```

#### 3. 中间操作

中间操作是Stream处理的核心，它们返回一个新的Stream，可以链式调用多个中间操作。

**3.1 过滤（Filter）**

使用`filter(Predicate<? super T> predicate)`方法，根据提供的谓词函数过滤Stream中的元素。

```java
List<String> filteredList = list.stream()
    .filter(s -> s.startsWith("b"))
    .collect(Collectors.toList()); // 收集结果到List
```

**3.2 映射（Map）**

`map(Function<? super T, ? extends R> mapper)`方法将Stream中的每个元素应用给定的函数，并返回一个新的Stream，其中包含应用函数之后的结果。

```java
List<Integer> stringLengthList = list.stream()
    .map(String::length)
    .collect(Collectors.toList()); // 将字符串列表映射为长度列表
```

**3.3 排序（Sorted）**

`sorted()`和`sorted(Comparator<? super T> comparator)`方法可以对Stream中的元素进行排序。默认是自然排序，也可以提供自定义的Comparator。

```java
List<String> sortedList = list.stream()
    .sorted()
    .collect(Collectors.toList()); // 自然排序

List<String> customSortedList = list.stream()
    .sorted((s1, s2) -> s2.compareTo(s1)) // 逆序排序
    .collect(Collectors.toList());
```

#### 4. 终端操作

终端操作会触发Stream的实际处理，并产生结果或副作用。

**4.1 遍历（ForEach）**

`forEach(Consumer<? super T> action)`方法用于遍历Stream中的每个元素，并对每个元素执行提供的操作。

```java
list.stream()
    .forEach(System.out::println); // 打印每个元素
```

**4.2 收集（Collect）**

`collect(Collectors.toCollection(Supplier<C> collectionSupplier))`或`collect(Collectors.toList())`等方法可以将Stream的元素收集到List、Set等集合中。

```java
List<String> collectedList = list.stream()
    .filter(s -> s.startsWith("b"))
    .collect(Collectors.toList()); // 收集过滤后的元素到List
```

**4.3 匹配（Match）**

Stream API还提供了`anyMatch()`, `allMatch()`, `noneMatch()`等匹配操作，用于检查Stream中的元素是否满足某些条件。

```java
boolean hasBanana = list.stream()
    .anyMatch(s -> s.equals("banana")); // 检查是否包含"banana"
```

**4.4 归约（Reduce）**

`reduce(BinaryOperator<T> accumulator)`方法可以对Stream中的元素进行归约操作，如求和、求积等。

```java
Optional<Integer> sum = list.stream()
    .map(String::length) // 映射为长度
    .reduce(Integer::sum); // 求和

if (sum.isPresent()) {
    System.out.println("Total length: " + sum.get());
}
```

#### 5. 并行Stream

通过调用集合的`parallelStream()`方法，可以获取一个并行Stream。并行Stream利用多核处理器，通过多线程处理数据，从而加速处理过程。但需注意，并行Stream并不总是比顺序Stream快，其性能受数据源大小、处理逻辑复杂度、系统资源等多种因素影响。

```java
List<Integer> parallelResult = list.parallelStream()
    .map(String::length)
    .collect(Collectors.toList()); // 并行处理
```

#### 6. 实践与注意事项

- **避免副作用**：在Stream操作中，应尽量避免修改数据源或产生其他副作用，以保持Stream操作的纯净性和可预测性。
- **性能考量**：在使用并行Stream时，要考虑到其可能带来的额外开销，以及线程安全等问题。
- **链式调用**：Stream API鼓励链式调用，以简洁地表达复杂的数据处理逻辑。
- **中间操作与终端操作**：理解中间操作与终端操作的区别，有助于更好地利用Stream API。

### 总结

Stream API是Java 8引入的一项革命性特性，它使得集合处理变得更加灵活和高效。通过中间操作和终端操作的组合，可以简洁地表达复杂的数据处理逻辑。掌握Stream API，不仅能够提高编码效率，还能使代码更加简洁、易读。希望本章内容能够帮助你入门Stream API，并在实际开发中灵活运用这一强大的工具。

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