如何使用java8新特性Stream

# 如何使用Java 8新特性Stream

## 目录
1. [Stream简介](#stream简介)
2. [Stream与集合的区别](#stream与集合的区别)
3. [Stream操作分类](#stream操作分类)
4. [创建Stream](#创建stream)
5. [中间操作](#中间操作)
   - [筛选与切片](#筛选与切片)
   - [映射](#映射)
   - [排序](#排序)
6. [终止操作](#终止操作)
   - [匹配与查找](#匹配与查找)
   - [归约](#归约)
   - [收集](#收集)
7. [并行Stream](#并行stream)
8. [实际应用场景](#实际应用场景)
9. [性能考量](#性能考量)
10. [常见问题与陷阱](#常见问题与陷阱)
11. [总结](#总结)

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## Stream简介

Java 8引入的Stream API是处理集合数据的革命性方式，它允许开发者以声明式风格处理数据集合。Stream不是数据结构，而是对数据源（如集合、数组等）的高级抽象，支持顺序和并行聚合操作。

核心特点：
- **声明式编程**：只需说明"做什么"而非"如何做"
- **可组合性**：支持链式操作形成复杂的数据处理流水线
- **内部迭代**：迭代过程由库内部处理
- **延迟执行**：中间操作不会立即执行
- **并行友好**：只需调用`parallel()`即可获得并行处理能力

```java
List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
long count = names.stream()
                .filter(name -> name.length() > 3)
                .count();

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Stream与集合的区别

特性	集合(Collection)	Stream
存储	存储所有元素	不存储元素
数据结构	具体的数据结构	抽象的数据操作
操作方式	外部迭代(显式迭代)	内部迭代(隐式迭代)
延迟加载	不支持	支持
可重用性	可多次使用	单次使用
并行处理	需要手动实现	内置支持

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Stream操作分类

Stream操作分为两类： 1. 中间操作(Intermediate Operations) - 总是惰性的，返回新的Stream - 例如：filter(), map(), sorted()

1. 终止操作(Terminal Operations)
   • 触发实际计算，消耗Stream
   • 例如：forEach(), collect(), reduce()

操作流水线示例：

list.stream()               // 创建流
    .filter(x -> x > 10)    // 中间操作
    .map(String::valueOf)   // 中间操作
    .collect(toList());     // 终止操作

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创建Stream

1. 从集合创建

List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c");
Stream<String> stream = list.stream();

2. 从数组创建

String[] array = {"a", "b", "c"};
Stream<String> stream = Arrays.stream(array);

3. 使用Stream.of()

Stream<String> stream = Stream.of("a", "b", "c");

4. 生成无限流

// 无限顺序流
Stream<Integer> infiniteStream = Stream.iterate(0, n -> n + 2);

// 无限生成流
Stream<Double> randomStream = Stream.generate(Math::random);

5. 其他创建方式

// 空流
Stream<String> emptyStream = Stream.empty();

// 基本类型流
IntStream intStream = IntStream.range(1, 10);

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中间操作

筛选与切片

1. filter() - 过滤元素

stream.filter(x -> x > 5)

1. distinct() - 去重

stream.distinct()

1. limit() - 限制元素数量

stream.limit(3)

1. skip() - 跳过前N个元素

stream.skip(2)

映射

1. map() - 元素转换

names.stream().map(String::toUpperCase)

1. flatMap() - 扁平化流

List<List<String>> listOfLists = ...;
listOfLists.stream()
           .flatMap(List::stream)

1. mapToXxx() - 转换为特定类型流

stream.mapToInt(String::length)

排序

1. sorted() - 自然排序

stream.sorted()

1. sorted(Comparator) - 自定义排序

stream.sorted(Comparator.reverseOrder())

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终止操作

匹配与查找

1. anyMatch()/allMatch()/noneMatch()

boolean hasAdult = people.stream()
                        .anyMatch(p -> p.getAge() >= 18);

1. findFirst()/findAny()

Optional<String> first = stream.findFirst();

1. count()/max()/min()

long count = stream.count();
Optional<Integer> max = stream.max(Integer::compare);

归约

1. reduce() - 将流归约为单个值

int sum = numbers.stream()
               .reduce(0, Integer::sum);

1. collect() - 可变归约

List<String> upperNames = names.stream()
                              .map(String::toUpperCase)
                              .collect(Collectors.toList());

收集

Collectors工具类常用方法：

1. toList()/toSet()

.collect(Collectors.toList())

1. toMap()

.collect(Collectors.toMap(k -> k, v -> v))

1. groupingBy() - 分组

.collect(Collectors.groupingBy(Employee::getDepartment))

1. partitioningBy() - 分区

.collect(Collectors.partitioningBy(e -> e.getSalary() > 5000))

1. joining() - 字符串连接

.collect(Collectors.joining(", "))

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并行Stream

通过并行流利用多核处理器：

long count = list.parallelStream()
               .filter(...)
               .count();

注意事项： - 确保操作是线程安全的 - 避免有状态的操作 - 考虑并行开销（数据量小时可能更慢）

性能测试示例：

// 顺序流
long start = System.nanoTime();
list.stream().sorted().count();
long seqTime = System.nanoTime() - start;

// 并行流
start = System.nanoTime();
list.parallelStream().sorted().count();
long paraTime = System.nanoTime() - start;

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实际应用场景

场景1：数据筛选与转换

List<Product> expensiveProducts = products.stream()
    .filter(p -> p.getPrice() > 1000)
    .map(p -> {
        p.setPrice(p.getPrice() * 0.9); // 打9折
        return p;
    })
    .collect(Collectors.toList());

场景2：分组统计

Map<Department, Double> avgSalaryByDept = employees.stream()
    .collect(Collectors.groupingBy(
        Employee::getDepartment,
        Collectors.averagingDouble(Employee::getSalary)
    ));

场景3：多级分组

Map<Department, Map<JobTitle, List<Employee>>> byDeptAndJob = 
    employees.stream()
        .collect(Collectors.groupingBy(Employee::getDepartment,
            Collectors.groupingBy(Employee::getJobTitle)));

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性能考量

1. 流操作开销：

   • 创建流有一定开销
   • 小数据集可能不如传统循环高效

2. 顺序与并行选择：

   • 数据量大时考虑并行
   • 操作简单且数据量大时并行效果最好

3. 短路操作优势：

   • findFirst()/limit()等可提前终止
   • 减少不必要的计算

优化建议： - 合并多个操作（如多个filter合并） - 避免在流中执行耗时操作 - 使用基本类型流(IntStream等)避免装箱开销

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常见问题与陷阱

1. 流只能消费一次

Stream<String> stream = Stream.of("a", "b", "c");
stream.count();
stream.count(); // 抛出IllegalStateException

1. 空指针问题

List<String> list = null;
list.stream(); // NullPointerException

1. 并行流的线程安全

List<String> result = new ArrayList();
stream.parallel().forEach(result::add); // 线程不安全

1. 无限流导致问题

Stream.iterate(0, i -> i + 1).forEach(System.out::println); // 无限循环

1. 误用状态ful操作

// 错误示例：依赖流处理顺序
List<Integer> sorted = stream.sorted().collect(toList());

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总结

Java 8 Stream API 带来了函数式编程风格的数据处理方式，具有以下优势： - 更简洁、更易读的代码 - 高效的数据处理能力 - 内置的并行支持 - 强大的聚合操作能力

最佳实践建议： 1. 优先使用声明式风格 2. 合理选择顺序/并行流 3. 注意流的不可重用性 4. 谨慎使用有状态操作 5. 适当使用基本类型特化流

随着Java版本的更新，Stream API仍在不断增强（如Java 9添加的takeWhile/dropWhile），掌握Stream将成为现代Java开发者的必备技能。

”`

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