Stream流

学习总结 Java
Java
发布日期:   2024-05-06
更新日期:   2024-05-09
文章字数:   11.1k
阅读时长:   46 分
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Java Stream流

1.概述

1.1.概念

  • Stream不是集合元素，它不是数据结构并不保存数据，它是有关算法和计算的，它更像一个高级版本的Iterator。原始版本的Iterator，用户只能显式地一个一个遍历元素并对其执行某些操作；高级版本的Stream，用户只要给出需要对其包含的元素执行什么操作，比如，“过滤掉长度大于 10 的字符串”、“获取每个字符串的首字母”等，Stream会隐式地在内部进行遍历，做出相应的数据转换。Stream就如同一个迭代器（Iterator），单向，不可往复，数据只能遍历一次，遍历过一次后即用尽了，就好比流水从面前流过，一去不复返。
  • 而和迭代器又不同的是，Stream可以并行化操作，迭代器只能命令式地、串行化操作。顾名思义，当使用串行方式去遍历时，每个item读完后再读下一个item。而使用并行去遍历时，数据会被分成多个段，其中每一个都在不同的线程中处理，然后将结果一起输出。Stream的并行操作依赖于Java7中引入的Fork/Join框架（JSR166y）来拆分任务和加速处理过程。
  • Stream 的另外一大特点是，数据源本身可以是无限的。

1.2.Stream流的特性

  • 不存储数据[按照特定的规则对数据进行计算，一般会输出结果]
  • 不会改变数据源[通常情况下会产生一个新的集合或一个值]
  • 具有延迟执行特性[只有调用终端操作时，中间操作才会执行]

1.3.Stream流的作用

结合Lambda表达式，简化集合、数组操作，提高代码的效率。

1.4.Stream流的使用步骤

  • 获取数据源，将数据源中的数据读取到流中
  • 对流中的数据进行各种各样的处理[筛选、过滤……] 中间操作->方法调用完毕后会返回另一个流，还可以继续调用其他方法[建议使用链式编程]
  • 对流中的数据进行整合处理[遍历、统计……] 终端操作->方法调用完毕后，流就关闭了，不能再调用其他方法

2.Stream的生成

2.1.Collection.stream()、Collection.parallelStream()

  • 通过Collection接口中的stream()方法获取数据源为集合的流对象【同步流】：Stream<T> stream() = list.stream();
  • 通过Collection接口中的parallelStream()方法获取数据源为集合的流对象【并发、异步流】：Stream<T> parallelStream() = list.parallelStream();
public static void main(String[] args) {
    List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c");
    // 创建一个顺序流
    Stream<String> stream = list.stream();
    System.out.println("创建一个顺序流");
    stream.forEach(System.out::println);
    // 创建一个并行流
    Stream<String> parallelStream = list.parallelStream();
    System.out.println("创建一个并行流");
    parallelStream.forEach(System.out::println);
}
/*
  输出：创建一个顺序流
        a
        b
        c
        创建一个并行流
        b
        c
        a
* */

「stream和parallelStream的简单区分」: stream是顺序流，由主线程按顺序对流执行操作，而parallelStream是并行流，内部以多线程并行执行的方式对流进行操作，但前提是流中的数据处理没有顺序要求。例如筛选集合中的奇数，两者的处理不同之处：

2.2.Arrays.stream()

  • 通过Arrays工具类中的stream(T[] array)方法获取数据源为数组的流对象：IntStream stream = Arrays.stream(array);[除了IntStream，还有LongStream、DoubleStream……]
int[] array={1,3,5,6,8};
IntStream stream = Arrays.stream(array);

2.3.Stream的静态方法

  • 通过Stream工具类中的of(T… values)方法获取数据源为一堆零散数据的流对象：Stream<T> stream = Stream.of(array);
  • 通过Stream工具类中的iterate(T seed, UnaryOperator f)方法获取数据源为无限的流对象，其中第一个参数是种子值，第二个参数是一个函数，用于生成后续的元素：Stream<T> stream = Stream.iterate(0, n -> n + 2);
  • 通过Stream工具类中的generate(Supplier s)方法获取数据源为无限的流对象，其中参数是一个供应商函数，用于生成元素：Stream<T> stream = Stream.generate(Math::random);
Stream<Integer> stream = Stream.of(1, 2, 3, 4);
stream.forEach(System.out::println);

Stream<Integer> stream2 = Stream.iterate(0, (x) -> x + 3).limit(4); //limit(4)表示只取前4个元素
stream2.forEach(System.out::println);

Stream<Double> stream3 = Stream.generate(Math::random).limit(3); //limit(3)表示只取前3个元素
stream3.forEach(System.out::println);
/*输出结果：
  使用Stream.of()：
  1
  2
  3
  4
  使用Stream.iterate()：
  0
  3
  6
  9
  使用Stream.generate()：
  0.34339747950763355
  0.8263192360076247
  0.6455630248922111 */

2.4.文件创建

  • BufferedReader.lines()方法获取数据源为文件的流对象：Stream<String> stream = new BufferedReader(new FileReader(filePath)).lines();
  • 通过Files工具类中的lines(Path path, Charset cs)方法获取数据源为文件的流对象：Stream<String> stream = Files.lines(Paths.get(filePath), Charset.forName(charsetName));【安全性更强，推荐使用】

BufferedReader.lines() 和 Files.lines() 都是用于从文件中逐行读取数据的方法，但它们的用法和实现细节略有不同。前者需要手动创建 BufferedReader 对象，并在使用完后手动关闭流，而后者更为简洁，因为这个方法是Files工具类的一个静态方法，所以不需要手动创建对象，不需要手动关闭流

public static void main(String[] args)  {
        // 使用BufferedReader.lines()创建数据源为文件的流
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("input.txt"))) {
            Stream<String> stream = br.lines();
            stream.forEach(System.out::println);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

        // 使用Files.lines()创建数据源为文件的流
        try {
            Stream<String> lines = Files.lines(Paths.get("input.txt"));
            // 等价于：Stream<String> lines = Files.lines(Path.of("input.txt"));
            lines.forEach(System.out::println);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

2.5.其他

  • Pattrn.splitAsStream(CharSequence input)：是Pattern类中的一个方法，用于将字符串根据指定的正则表达式分割为流对象，其中参数为字符串，返回值为流对象。
  • JarFile.stream()：是JarFile类中的一个方法，用于将Jar文件中的条目(文件)转换为流对象，返回值为流对象。
public static void main(String[] args)  {
        // Pattrn.splitAsStream(CharSequence input)
        // 定义正则表达式
        String regex = "\\s+"; // 表示一个或多个空白字符
        // 创建 Pattern 对象
        Pattern pattern = Pattern.compile(regex);
        // 使用 splitAsStream() 方法分割字符串并返回流,并对流进行遍历操作
        pattern.splitAsStream("Java is a programming language").forEach(System.out::println);

        // 使用JarFile.stream()
        try (JarFile jarFile = new JarFile("a.jar")) {
            Stream<JarEntry> entryStream = jarFile.stream();
            entryStream.forEach(entry -> System.out.println(entry.getName()));
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

3.中间操作

中间操作又可以分为无状态（Stateless）操作与有状态（Stateful）操作，前者是指元素的处理不受之前元素的影响；后者是指该操作只有拿到所有元素之后才能继续下去。

方法 作用
Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate) 过滤流中的元素，返回符合条件的元素组成的流
Stream<T> distinct() 元素去重，返回不含重复的元素的流 【依赖元素的hashCode()和equals()方法，注意判断是否需要进行重写】
Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper) 将流中的元素映射到另一个流中，返回映射后的流 【第一个类型是流中原本的元素类型，第二个类型是映射后的元素类型】
Stream<T> flatMap(Function<? super T, ? extends Stream<? extends T>> mapper) 将流中的元素映射到另一个流中，返回映射后的流，其中映射后的流可以是多个元素组成的流，而不是单个元素。【第一个类型是流中原本的元素类型，第二个类型是映射后的流中元素的类型】
Stream<T> sorted() 对流中的元素进行排序，返回排序后的流
Stream<T> sorted(Comparator<? super T> comparator) 对流中的元素进行排序，返回排序后的流，其中参数为比较器，用于比较元素大小。【依赖元素的compareTo()方法，注意判断是否需要进行重写】
Stream<T> skip(long n) 跳过前n个元素，返回剩余的元素组成的流
Stream<T> limit(long maxSize) 截取前maxSize个元素，返回截取后的流
Stream<T> concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b) 将两个流合并为一个流，返回合并后的流 【如果a和b的类型不同，合并出来的会是他们共同的父类
Stream<T> peek(Consumer<? super T> action) 对流中的元素进行操作，返回操作后的流，但不改变原流。【参数为消费者，用于对元素进行操作】

3.1.筛选、去重

filter()和distinct()方法用于筛选和去重流中的元素。

public static void main(String[] args)  {
        ArrayList<Person> array = new ArrayList<>();
        Collections.addAll(array,
                new Person("张三",23),
                new Person("隔壁老王",25),
                new Person("隔壁老王",25),
                new Person("李四",24),
                new Person("小思思",23));
        System.out.println("用filter()筛选名字长度大于2的人物:");
        array.stream().filter(p -> p.getName().length() > 2).forEach(System.out::println);
        System.out.println("用distinct()去重:");
        array.stream().distinct().forEach(System.out::println);
    }
  /*
  用filter()筛选名字长度大于2的人物:
  Person{name = 隔壁老王, age = 25}
  Person{name = 隔壁老王, age = 25}
  Person{name = 小思思, age = 23} 
  用distinct()去重:
  Person{name = 张三, age = 23}
  Person{name = 隔壁老王, age = 25}
  Person{name = 李四, age = 24}
  Person{name = 小思思, age = 23}
  */

3.2.映射

3.2.1.map() 方法：

  • map() 方法接受一个函数作为参数，该函数用于将流中的每个元素映射到另一个值。这个映射后的值可以是任何类型，最后返回的流包含这些映射后的元素。
  • 对于每个输入元素，map() 方法都会生成一个对应的输出元素。
  • map() 方法返回的流与原始流的元素数量相同，但是每个元素都经过了映射函数的转换。
ArrayList<Person> array = new ArrayList<>();
       Collections.addAll(array,
               new Person("张三",23),
               new Person("隔壁老王",25),
               new Person("小思思",23));
       // 调用map的方法一:
       array.stream().map(new Function<Person, String>() {
           public String apply(Person person) {
               return person.getName();
           }
       }).forEach(System.out::println);
       // 调用map的方法二(lambda表达式):
       array.stream().map(p -> p.getName()).forEach(System.out::println);
       // 调用map的方法三(方法引用)
       array.stream().map(Person::getName).forEach(System.out::println);
   /*
    * 输出：
    * 张三
    * 隔壁老王
    * 小思思
   */

3.2.2.flatMap() 方法：

  • flatMap() 方法也接受一个函数作为参数，但是这个函数的返回类型是一个流。这个函数会将流中的每个元素映射到另一个流。
  • 与 map() 方法不同，flatMap() 方法会将这些内部流合并成一个单一的流。内部流中的所有元素都会被合并到结果流中，形成一个扁平化的流。
  • flatMap() 方法可以处理嵌套的流结构，即使每个元素映射后的流可能包含多个元素，最终返回的流也只是一个单一的流。
//首先初始化输入列表
List<String> list1 = List.of("1");
List<String> list2 = List.of("3");
List<String> list3 = List.of("2");
List<String > list4 =List.of("4","5");
List<List<String>> list = List.of(list1,list2,list3,list4);
//开始执行操作
List<String> listT = list.stream().flatMap(Collection::stream).collect(Collectors.toList());
System.out.println(listT);
/*
给定输入：[[1],[2],[3],[4,5]]
要求输出：[1,2,3,4,5]*/

看一下具体的执行流程。橙色的是stream的通用执行流程，不管你中间态用哪个方法，这里是不变的，蓝色的是ArrayListSpliterator分割器。红色的执行流程是flatMap的执行流程。

可以看到ArrayListSpliterator先取出第一个元素[1]这个一维数组传递给flatMap，然后flatMap执行了我们传入的Collection::stream方法，该方法是初始化一个stream头节点。也就是再生成了一个stream

重点就是这里了。再次把[1]这个一维数组放入了新的stream里面。然后把结果态节点ReduceOps传递给了新的stream作为新的stream的结果态节点。

这个时候新的stream开始执行ArrayListSpliterator。从而把[1]一维数组进行for循环，取出了其中的1这个元素，然后把1传入了同一个ReduceOps进行处理从而组成了一个结果list->[1]。

把步骤总结如下：

1.取出二维数组的第一个一维数组
2.把一维数组和结果态节点重新创建一个stream
3.执行stream把一维数组的元素循环放入结果态的list
循环二维数组，不断重复上述步骤，就可以把二维数组展开成一维数组了。

3.2.3.map()和flatMap()的区别

总的来说:

  • map() 方法是一对一的映射，而 flatMap() 方法可以处理一对多的映射，可以将多个流合并成一个流。
  • map()和faltMap()的参数差别在于，前者传入一个实体返回一个实体，后者则是传入一个实体返回一个Stream流，那既然是流，最好返回值本身就是一个Stream，或者能被转换成Stream的对象!
List<String> list = List.of("Holle world and you world");
// 调用flatMap的方法一:
list.stream().flatMap(new Function<String, Stream<String>>() {
    public Stream<String> apply(String list) {
        return Stream.of(list.split("\\s+"));
    }
}).forEach(System.out::println);
// 调用flatMap的方法二:
list.stream().flatMap(t -> Stream.of(t.split("\\s+")))
        .forEach(System.out::println);
/*
 * 输出: Holle
  *       world
  *       and
  *       you
  *       world
  * flatMap会把按空格拆分后所有的单词流合并成一个流返回.
  * 这就意味着，当你调用 forEach(System.out::println) 方法时，它会直接作用于这个合并后的流上，
  * 并打印出每个单词。
  * */
  //Map方法
  list.stream().map(t -> Stream.of(t.split("\\s+")))
      .forEach(System.out::println);
  /*输出:java.util.stream.ReferencePipeline$Head@b1bc7ed
  而Map方法最后的结果为一个地址，并没有对数组里面的结果进行细分,最后的结果依旧为一个整体
  这是因为map里面的参数Stream.of(t.split("\\s+"))会将每个元素映射成一个流,
  而map() 方法返回的是一个包含映射后元素的流对象,这个流没有重写`toString`方法
  导致返回的是一个包含多个流的流,在使用.forEach方法时,默认打印对象的 toString() 方法的结果。
  在这种情况下，由于没有重写 toString() 方法，所以它打印的是默认的对象地址信息。
  因为list中只有一个元素,所以外部流对象只包含一个内部流对象,输出一个地址*/

  /*list.stream().map(new Function<String, String>() {
            @Override
            public String apply(String s) {
                return s.split("\\s+");
            }
        }).forEach(System.out::println);*/
  // 在return s.split("\\s+");会报错，是因为split()方法返回的是一个数组，而map()方法要求返回的是一个对象。map并不能处理一对多的映射

3.3.排序

  • sorted() 方法用于对流中的元素进行排序。默认情况下，排序是按照自然顺序进行的，即升序。【其中的元素必须实现 Comparable 接口，否则会抛出 ClassCastException 异常】
  • sorted(Comparator<T> comparator) 方法用于对流中的元素进行排序，并指定排序规则。我们可以使用lambda表达式来创建一个Comparator实例。可以自定义排序规则。
#自然序排序一个list
list.stream().sorted() 
 
#自然序逆序元素，使用Comparator 提供的reverseOrder() 方法
list.stream().sorted(Comparator.reverseOrder()) 
 
# 使用Comparator 来排序一个list
list.stream().sorted(Comparator.comparing(Student::getAge)) 
 
# 颠倒使用Comparator 来排序一个list的顺序，使用Comparator 提供的reversed() 方法
list.stream().sorted(Comparator.comparing(Student::getAge).reversed())
  • Comparator.thenComparing(Comparator<? super T> other): 实现多字段排序，如果第一个比较器比较结果相等，则使用第二个比较器进行比较。可以搭配使用Comparator.reverseOrder() 实现降序和升序
// 按年龄升序，如果年龄相等，再按零花钱升序
List<userInfo> userList3 = userList.stream()
	.sorted(Comparator.comparing(userInfo::getAge).thenComparing(userInfo::getMoney))
	.collect(Collectors.toList());

// 按年龄降序，如果年龄相等，再按零花钱降序
List<userInfo> userList3 = userList.stream()
  .sorted(Comparator.comparing(userInfo::getAge).thenComparing(userInfo::getMoney,Comparator.reverseOrder()))
  // 也可以等价于 .sorted(Comparator.comparing(userInfo::getAge).thenComparing(Comparator.comparing(userInfo::getMoney).reversed()))
  .collect(Collectors.toList());
  • 自定义排序规则
// 按照名字的长度排序，长的在前面。【如果使用compareTo，是按照字典序排序】
 List<Person> list = new ArrayList<Person>();
        Collections.addAll(list,
                new Person("zhangsan",23),
                new Person("lisi",24));
        list.stream().sorted((s1, s2) -> s2.getName().length() - s1.getName().length() )
                .forEach(System.out::println);

3.4.跳过、截取

  • skip(long n)：如果流的当前长度大于n，则跳过前n个；否则将会得到一个长度为0的空流。
  • limit(long n)：参数是一个long型，如果集合当前长度大于参数则进行截取；否则不进行操作。
public class Demo10StreamSkip {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
        Stream<String> result = original.skip(2);
        System.out.println(result.count()); // 1 ：流中剩下 "周芷若"
    }
}

public class Demo11StreamLimit {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> original = Stream.of("张无忌", "张三丰", "周芷若");
        Stream<String> result = original.limit(2);
        System.out.println(result.count()); // 2：截取了 "张无忌" 和 "张三丰"
    }
}

3.5.结合

  • concat(Stream<? extends T> a, Stream<? extends T> b) : 合并a和b两个流为一个流 【如果a和b的类型不同，合并出来的会是他们共同的父类】

备注：这是一个静态方法，与 java.lang.String 当中的 concat 方法是不同的。

public class Demo12StreamConcat {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> streamA = Stream.of("张无忌");
        Stream<String> streamB = Stream.of("张翠山");
        Stream<String> result = Stream.concat(streamA, streamB);
        result.forEach(System.out::println);
        /*输出:
        张无忌
        张翠山  */    
    }
}

3.6.调试

  • peek(Comsumer<? super T> action)：它接受一个 Consumer 函数作为参数，该函数会被应用到流中的每个元素上。【不会销毁流对象】

这个方法通常用于调试或记录流中元素的中间状态，或者在调试代码时查看流中元素的值，而不会对流进行实际操作。

3.6.1.对流中的元素进行遍历

List<userInfo> userList = new ArrayList<>();
Collections.addAll(userList,
        new userInfo(18,30),
        new userInfo(18,34),
        new userInfo(17,28));
// 调用peek()方法遍历流中的元素
List<userInfo> list = userList.stream().peek(System.out::println)
        .collect(Collectors.toList());
System.out.println(list);
/*输出:
userInof{Age = 18, Money = 30}
userInof{Age = 18, Money = 34}
userInof{Age = 17, Money = 28}
[userInof{Age = 18, Money = 30}, userInof{Age = 18, Money = 34}, userInof{Age = 17, Money = 28}]
*/

3.6.2.对流中的对象进行修改

在Java的Stream中，它实际上是对原始数据的引用。

  • 对于基本数据类型：修改只会作用在peek()方法的内部，因为基本数据类型是按值传递的，peek()方法中的参数是局部变量，对它们的修改不会影响到原始数据。所以，对基本数据类型进行的修改只会作用在peek()方法的内部。
  • 对于引用数据类型：
    • 对于不可变对象（如String）：对它们的操作会返回一个新对象，而不会修改原始数据。所以对不可变对象的操作也只会作用在peek()方法的内部，不会影响流中的数据或原始数据。
    • 对于可变对象（如StringBuilder、自己创建的类userInfo等）：对它们的操作会直接修改原始数据。因此，对可变对象的操作会影响流中的数据以及原始数据。

对于流中的对象进行修改：
实际上，流中的操作不会直接修改原始数据，而是操作原始数据中的对象。这意味着对流中的对象进行的任何修改都会影响原始数据。然而，需要注意的是，如果流中的对象是不可变对象，对它们进行的修改只会影响到流中的对象，而不会修改原始数据。这种修改只会作用在peek()方法的内部，不会影响到原始数据。

// 流中对象是不可变对象String，对其修改只会作用在peek()方法内部，不会影响流中的数据或原始数据
List<String> list1 = new ArrayList<>();
list1.add("apple");
list1.add("banana");
list1.add("cherry");
list1.stream()
        .peek(new Consumer<String>() {
            @Override
            public void accept(String s) {
                s += "_suffix";
                System.out.println(s);
            }
        }) // 修改字符串内容
        .forEach(System.out::println);
System.out.println(list1);
/*输出：
apple_suffix
apple
banana_suffix       
banana                -> 这里的输出顺序是先运行一次peek()方法，再运行一次forEach()方法，这样子迭代下去的
cherry_suffix            因为中间操作peek()属于无状态，所以元素的处理不受之前元素的影响，会直接执行完整条流中的所有操作         
cherry
[apple, banana, cherry]
*/

// 调用peek()方法遍历流中的对象,将用户的年龄加10,注意:这个修改会修改到流中数据和原始数据
List<userInfo> userList = new ArrayList<>();
Collections.addAll(userList,
      new userInfo(18,30),
      new userInfo(18,34),
      new userInfo(17,28));
userList.stream().peek(userInfo -> userInfo.setAge(userInfo.getAge()+10))
        .forEach(System.out::println);
System.out.println(userList);
/*输出:
userInof{Age = 28, Money = 30}
userInof{Age = 28, Money = 34}
userInof{Age = 27, Money = 28}
[userInof{Age = 28, Money = 30}, userInof{Age = 28, Money = 34}, userInof{Age = 27, Money = 28}]
*/

// 流中对象是StringBuilder类型，属于可变对象，对它们进行的操作会影响流中的数据以及原始数据。
List<StringBuilder> list = new ArrayList<>();
        list.add(new StringBuilder("apple"));
        list.add(new StringBuilder("banana"));
        list.add(new StringBuilder("cherry"));
        list.stream().peek(stringBuilder -> stringBuilder.append("apple"))
                .forEach(System.out::println);
        System.out.println(list);
/*输出：
appleapple
bananaapple
cherryapple
[appleapple, bananaapple, cherryapple]
*/

3.6.3.peek()方法的时序图

针对前面的代码在peek()方法后执行forEach()方法时，输出顺序是先运行一次peek()方法，再运行一次forEach()方法，这样子迭代下去的这个问题，我们通过时序图来解释。

//首先初始化输入列表
List<String> list1 = List.of("1");
List<String> list2 = List.of("3");
List<String> list3 = List.of("2");
List<String > list4 =List.of("5","4");
List<List<String>> list = List.of(list1,list2,list3,list4);
//开始执行操作
List<String> listT = list.stream()
        .flatMap(Collection::stream)
        .peek(e -> System.out.println(e)).filter(x -> Integer.parseInt(x) > 2)
        .peek(e -> System.out.println(e))
        .collect(Collectors.toList());


通过时序图我们可以发现，由于中间操作peek()、filter()和flatMap()都是属于无状态，所以在流(Stream)中，对于每个元素，会先执行完整条流中的所有操作，然后才处理下一个元素。这意味着，对于每个元素，先运行完整条流中的操作链，然后再处理下一个元素。而不是等待所有元素的某个操作完成后再进行下一个操作。

3.6.4.peek()方法的坑

  • 坑一：peek() 不影响流的生成和消费
    peek()是一个中间操作，它并不会终止流的处理流程，因此如果不跟一个终端操作（如collect(), forEach(), count()等），则peek()中的操作不会被执行，换言之，只有当流被消耗时，peek()里的操作才会真正发生。

  • 坑二：peek() 的执行次数取决于下游操作
    peek()方法中的动作会在流的每个元素上执行一次，但具体执行多少次取决于下游的终端操作。例如，如果你在排序(sorted())前使用了peek()，而在排序后又使用了一次peek()，则同一个元素可能会被两次peek()。

  • 坑三：并发流中的peek()行为
    对于并行流，peek()操作的执行顺序没有保证，而且可能会多次执行（取决于JVM的具体调度）。如果你在并行流中依赖peek()的顺序性或唯一性，可能会遇到意想不到的问题。

  • 坑四：资源管理
    如果在peek()中打开了一些资源（如文件、数据库连接等），但在peek()内部并未妥善关闭它们，可能会导致资源泄露。因为在没有终端操作的情况下，流可能不会立即执行，资源也就无法及时释放。

  • 坑五：对流元素的修改可能无效
    peek()通常用于读取或打印流元素，而不是修改它们。虽然理论上可以尝试在peek()中修改元素，但由于流的惰性求值和可能的不可变性，这样的修改可能不会反映到源集合或后续流操作中。

  • 坑六：对于可变对象的处理可能会影响流中的数据和原始数据
    peek()方法通常用于读取或打印流元素，而不是修改它们。然而，如果流中的元素是可变对象，并且在peek()中对其进行了修改，这些修改可能会影响到流中的数据以及原始数据。这是因为可变对象的特性使得对其进行的修改会在流中传递，可能会对后续的操作产生意外的影响。因此，在处理可变对象时，需要格外小心，并确保了解其对流处理的影响。

4.终结操作

结束操作又可以分为短路操作与非短路操作，前者是指遇到某些符合条件的元素就可以得到最终结果；而后者是指必须处理所有元素才能得到最终结果。

方法 作用
forEach(Consumer<? super T> action) 遍历流中的元素，并对每个元素执行指定的操作。
findFirst() 返回流中的第一个元素，如果流为空，则返回一个空的Optional对象。
findAny() 返回流中的任意一个元素，如果流为空，则返回一个空的Optional对象。
anyMatch(Predicate<? super T> predicate) 判断流中是否存在至少一个元素满足指定的条件。返回一个boolean值。
allMatch(Predicate<? super T> predicate) 判断流中是否所有元素都满足指定的条件。返回一个boolean值。
noneMatch(Predicate<? super T> predicate) 判断流中是否没有元素满足指定的条件。返回一个boolean值。
reduce(BinaryOperator<T> accumulator) 将流中的元素按照指定的规则进行合并，返回合并后的结果。如果流为空，返回的 Optional 对象也为空。
reduce(T identity, BinaryOperator<T> accumulator) 对流中的元素进行累积操作，使用指定的初始值，并返回累积结果。如果流为空，返回的是初始值。
max(Comparator<? super T> comparator) 返回流中最大的元素，如果流为空，则返回一个空的Optional对象。
min(Comparator<? super T> comparator) 返回流中最小的元素，如果流为空，则返回一个空的Optional对象。
count 返回流中元素的数量【long类型】。
toArray() 将流中的元素转换为数组，返回一个数组。
toList() 将流中的元素转换为List，返回一个List。
collect(Collector<? super T, A, R> collector) 将流中的元素收集到一个容器中，返回该容器。方法中的参数A和R表示中间结果容器的类型和最终结果的类型。

4.1.遍历

forEach(Consumer<? super T> action)：遍历流中的元素，并对每个元素执行指定的操作。【打印、计算、转换……】

// forEach遍历打印
List<Integer> list1 = List.of(3, 2, 1, 4, 7, 10);
list1.forEach(System.out::println);

// forEach遍历求和
List<Integer> list2 = List.of(3, 2, 1, 4, 7, 10);
AtomicInteger sum = new AtomicInteger(); //将sum声明为AtomicInteger类型，因为AtomicInteger是原子性的，可以被匿名内部类访问。
list2.forEach((Integer num) -> sum.addAndGet(num));
System.out.println("Sum: " + sum); // 输出 Sum: 27

// forEach遍历实现字母小写到大写的转换
List<String> strings = List.of("apple", "banana", "cherry");
List<String> upperCaseStrings = new ArrayList<>();
strings.forEach((String s) -> upperCaseStrings.add(s.toUpperCase()));
System.out.println("Upper case strings: " + upperCaseStrings); // 输出 Upper case strings: [APPLE, BANANA, CHERRY]

4.2.匹配

  • findFirst()：返回流中的第一个元素，如果流为空，则返回一个空的Optional对象。
  • findAny()：返回流中的任意一个元素，如果流为空，则返回一个空的Optional对象。
  • anyMatch(Predicate<? super T> predicate)：判断流中是否存在至少一个元素满足指定的条件。返回一个boolean值。
  • allMatch(Predicate<? super T> predicate)：判断流中是否所有元素都满足指定的条件。返回一个boolean值。
  • noneMatch(Predicate<? super T> predicate)：判断流中是否没有元素满足指定的条件。返回一个boolean值。
List<Integer> list1 = List.of(3, 2, 1, 4, 7, 10);
System.out.println(list1.stream().findFirst());// 输出：Optional[3]
System.out.println(list1.stream().findAny()); // 输出：Optional[3]
System.out.println(list1.stream().anyMatch(x -> x % 3 == 0));// 输出：true
System.out.println(list1.stream().allMatch(x -> x % 3 == 0));// 输出：false
System.out.println(list1.stream().noneMatch(x -> x % 3 == 0));// 输出：false
// 如果流为空，则返回的 Optional 对象也为空。
List<Integer> list2 = List.of();
System.out.println(list2.stream().findFirst()); // 输出：Optional.empty
System.out.println(list2.stream().findAny());// 输出：Optional.empty
System.out.println(list2.stream().anyMatch(x -> x % 3 == 0));// 输出：false
System.out.println(list2.stream().allMatch(x -> x % 3 == 0)); // 输出：true
System.out.println(list2.stream().noneMatch(x -> x % 3 == 0));// 输出：true
// 如果list是null,在执行流操作时，会抛出NullPointerException异常。

4.3.规约

  • reduce(BinaryOperator<T> accumulator)：将流中的元素按照指定的规则进行合并，返回合并后的结果。如果流为空，返回的 Optional 对象也为空。
    • 参数：BinaryOperator<T> accumulator,BinaryOperator继承于 BiFunction, 这里实现 BiFunction.apply(param1,param2) 接口即可。支持lambda表达式，形如：(result,item)->{…} 。
    • 返回值：返回Optional对象，由于结果存在空指针的情况（当集合为空时）因此需要使用Optional。
     List<Integer> list=List.of(1,2,3,4,5);
//将数组进行累加求和
//由于返回的是 Optional ，因此需要get()取出值。
Integer total=list.stream().reduce((result,item)->result+item).get();
System.out.println(total)
 // 输出：15

 List<String> strings = List.of("Hello", " ", "World", "!");
 // 使用 reduce 方法将字符串列表中的字符串拼接成一个新的字符串
 String result = strings.stream().reduce("", (partialResult, str) -> partialResult + str);
 System.out.println(result);
 // 输出：Hello World!
  • reduce(T identity, BinaryOperator<T> accumulator)：对流中的元素进行累积操作，使用指定的初始值，并返回累积结果。如果流为空，返回的是初始值.
    • 参数1：T identity 为一个初始值（默认值） ，当集合为空时，就返回这个默认值，当集合不为空时，该值也会参与计算。
    • 参数2：BinaryOperator accumulator 这个与一个参数的reduce相同。
    • 返回值：并非 Optional，由于有默认值 identity ，因此计算结果不存在空指针的情况。
    List<Integer> list=List.of(1,2,3,4,5);
Integer total=list.stream().reduce(0,(result,item)->result+item);
System.out.println(total);//结果为：15 

list=new ArrayList<>();
total=list.stream().reduce(0,(result,item)->result+item);
System.out.println(total);//数组为空时，结果返回默认值0
  • reduce(U identity, BiFunction<U, ? super T, U> accumulator,BinaryOperator<U> combiner)：这个方法允许更复杂的规约操作，可以用于计算任意类型的累加器值，而不仅仅是原始数据类型。同时，由于存在并行执行的可能性，需要确保累加器函数和组合器函数的实现是线程安全的。
    • 第一个参数和第二个参数的定义同上，第三个参数比较特殊，后面慢慢讲。
    • 可以看到该方法有两个泛型 T 和 U ：
      （1）泛型T是集合中元素的类型，
      （2）泛型U是计算之后返回结果的类型，U的类型由第一个参数 identity 决定。
      也就是说，三个参数的reduce()可以返回与集合中的元素不同类型的值，方便我们对复杂对象做计算式和转换。
    List<Person> list= List.of(
              new Person("张三",1)
              ,new Person("李四",2)
              ,new Person("王五",3)
              ,new Person("小明",4)
              ,new Person("小红",5));
Integer total=list.stream()
        .reduce(
                Integer.valueOf(0)  /*初始值 identity*/
                ,(integer, person)->integer+ person.getAge() /*累加计算 accumulator*/
                ,(integer1,integer2)->integer1+integer2 /*第三个参数 combiner*/
        );
System.out.println(total);//结果：15
    其实这相当于
    Integer total=list.stream().mapToInt(Person::getAge).sum();
System.out.println(total);//结果也是：15

第三个参数 BinaryOperator<U> combiner 是个什么鬼？
这个参数的lambda表达式我是这么写的：(integer1,integer2)->integer1+integer2
现在我将其打印出来：

Integer total=list.stream()
        .reduce(
                Integer.valueOf(0)
                ,(integer, person)->integer+ person.getAge()
                ,(integer1,integer2)-> {
                    //这个println居然没有执行！！！
                    System.out.println("integer1=" + integer1 + ", integer2=" + integer2);
                    return integer1 + integer2;
                }
        );
System.out.println(total);//结果：15

发现这个参数的lambda表达式根本就没有执行？！
我换了一种方式，换成 parallelStream ，然后把线程id打印出来：

Integer total=list.parallelStream()
        .reduce(
                  Integer.valueOf(0)
                ,(integer, person)->integer+ person.getAge()
                ,(integer1,integer2)-> {
                      //由于用的 parallelStream ，可发生并行计算，所以我增加线程id的打印：
                    System.out.println("threadId="+Thread.currentThread().getId()+", integer1="+integer1+", integer2="+integer2);
                    return integer1 + integer2;
                }
        );
System.out.println(total);
/*结果如下：
threadId=1, integer1=4, integer2=5
threadId=30, integer1=1, integer2=2
threadId=1, integer1=3, integer2=9
threadId=1, integer1=3, integer2=12
15*/

把 stream 换成并行的 parallelStream，
可以看出，有两个线程在执行任务：线程1和线程30 ，
每个线程会分配几个元素做计算，
如上面的线程30分配了元素1和2，线程1分配了3、4、5。
至于线程1为什么会有两个3，是由于线程30执行完后得到的结果为3（1+2），而这个3又会作为后续线程1的入参进行汇总计算。
可以多跑几次，每次执行的结果不一定相同，如果看不出来规律，可以尝试增加集合中的元素个数，数据量大更有利于并行计算发挥作用。

因此，第三个参数 BinaryOperator<U> combiner 的作用为：汇总所有线程的计算结果得到最终结果，
并行计算会启动多个线程执行同一个计算任务，每个线程计算完后会有一个结果，最后要将这些结果汇总得到最终结果。

我们再来看一个有意思的结果，把第一个参数 identity 从0换成1：

Integer total=list.parallelStream()
    .reduce(
                    Integer.valueOf(1)
            ,(integer, person)->{ System.out.println("$ threadId="+Thread.currentThread().getId()+", integer="+integer+", scoreBean.getScore()="+person.getAge());
                      return integer+ person.getAge();}
                  ,(integer1,integer2)-> {
                            //由于用的 parallelStream ，可发生并行计算，所以我增加线程id的打印：
                      System.out.println("threadId="+Thread.currentThread().getId()+", integer1="+integer1+", integer2="+integer2);
                      return integer1 + integer2;
                  }
          );
  System.out.println(total);
  /*结果如下：
  $ threadId=30, integer=1, scoreBean.getScore()=2
  $ threadId=1, integer=1, scoreBean.getScore()=3
  $ threadId=32, integer=1, scoreBean.getScore()=5
  $ threadId=33, integer=1, scoreBean.getScore()=4
  $ threadId=31, integer=1, scoreBean.getScore()=1
  threadId=33, integer1=5, integer2=6
  threadId=31, integer1=2, integer2=3
  threadId=33, integer1=4, integer2=11
  threadId=33, integer1=5, integer2=15
  20*/

预期结果应该是16（初始值1+原来的结果15），但实际结果为20，多加了4次1，猜测是多加了四次初始值，
从打印的结果可以发现：
（1）并行计算时用了5个线程（线程id依次为：30, 1, 32, 33, 31），汇总合并时用了两个线程（线程id为33和31）
（2）并行计算的每一个线程都用了初始值参与计算，因此多加了4次初始值。

总结：
使用 parallelStream 时，初始值 identity 应该设置一个不影响计算结果的值，比如本示例中设置为 0 就不会影响结果。
我觉得这个初始值 identity 有两个作用：确定泛型U的类型 和 避免空指针。
但是如果初始值本身就是一个复杂对象那该怎么办呢？
比如是初始值是一个数组，那么应该设定为一个空数组。如果是其他复杂对象那就得根据你reduce的具体含义来设定初始值了。

combiner.apply(u, accumulator.apply(identity, t)) == accumulator.apply(u, t) 
//combiner.apply(u1,u2) 接收两个相同类型U的参数 
//accumulator.apply(u, t) 接收两个不同类型的参数U和T，U是返回值的类型，T是集合中元素的类型
//这个等式恒等，parallelStream计算时就不会产生错误结果

4.4.聚合

  • max(Comparator<? super T> comparator): 返回流中最大的元素，如果流为空，则返回一个空的Optional对象。
  • max(Comparator<? super T> comparator): 返回流中最小的元素，如果流为空，则返回一个空的Optional对象。
  • count(): 返回个数【long类型】
List<Integer> list = List.of(3,2,4,5,1);
  System.out.println(list.stream().max(Integer::compare));// 输出：Optional[5]
  System.out.println(list.stream().min(Comparator.comparing(Integer::intValue)).get());// 输出：1
  System.out.println(list.stream().count());// 输出：5
  list = List.of();
  System.out.println(list.stream().max(Integer::compare));// 输出：Optional.empty

4.5.收集

4.5.1.toArray

  • toArray(): 返回一个Object[]数组，其中包含Stream中的所有元素。
  • toArray(IntFunction<A[]> generator)：可以指定返回数组的类型。参数 generator 是一个数组生成器函数，它根据提供的数组长度创建一个新数组。这使得我们可以在返回的数组中指定元素的类型。
List<Person> list = List.of(
             new Person("张三",23),
             new Person("李四",24),
             new Person("王五",25)
     );
     Object[] array1 =list.stream().toArray();
     System.out.println(Arrays.toString(array1));
     // 输出：[Person{name = 张三, age = 23}, Person{name = 李四, age = 24}, Person{name = 王五, age = 25}]
     Person[] array2 = list.stream().toArray(v -> new Person[v]);
     System.out.println(Arrays.toString(array2));
     // 输出：[Person{name = 张三, age = 23}, Person{name = 李四, age = 24}, Person{name = 王五, age = 25}]

4.5.2.toList

  • toList(): 返回一个包含Stream中所有元素的List。
List<Integer> list = Stream.of(32, 11, 23, 434, 54).toList();
System.out.println(list);
// 输出：[32, 11, 23, 434, 54]

4.5.3.collect

  • collect(Collector<? super T, A, R> collector): 将Stream中的元素收集到一个容器中，并返回该容器。
4.5.3.1.统计
  • Collectors.counting(): 返回流中元素的个数。
  • Collectors.summingInt(ToIntFunction<? super T> mapper): 返回流中元素的和。
  • Collectors.summingDouble(ToDoubleFunction<? super T> mapper): 返回流中元素的和。
  • Collectors.summingLong(ToLongFunction<? super T> mapper): 返回流中元素的和。
  • Collectors.averagingInt(ToIntFunction<? super T> mapper): 返回流中元素的平均值。
  • Collectors.averagingDouble(ToDoubleFunction<? super T> mapper): 返回流中元素的平均值。
  • Collectors.averagingLong(ToLongFunction<? super T> mapper): 返回流中元素的平均值。
List<Integer> numbers = List.of(1, 2, 3, 4, 5);
// 个数
Long collect = numbers.stream().collect(Collectors.counting());
System.out.println("collect = " + collect);// collect = 5
// 求和
int sum = numbers.stream().collect(Collectors.summingInt(Integer::intValue));
System.out.println("Sum: " + sum);// Sum: 15
// 平均值
double average = numbers.stream().collect(Collectors.averagingInt(Integer::intValue));
System.out.println("Average: " + average);// Average: 3.0
4.5.3.2分组
  • Collectors.groupingBy(Function<? super T, ? extends K> classifier): 根据给定的分类函数对Stream中的元素进行分组，并返回一个Map，其中键是分类函数的结果，值是包含对应分类的元素的List。
  • Collectors.partitioningBy(Predicate<? super T> predicate): 根据给定的断言函数对Stream中的元素进行分区，并返回一个Map，其中键是true和false，值是包含对应分类的元素的List。
List<String> words = List.of("apple", "banana", "orange", "grape", "cherry");

// 按单词的首字母分组
Map<Character, List<String>> groupedByFirstLetter = words.stream()
        .collect(Collectors.groupingBy(word -> word.charAt(0)));
System.out.println("Grouped by first letter: " + groupedByFirstLetter);
// 输出：Grouped by first letter: {a=[apple], b=[banana], c=[cherry], g=[grape], o=[orange]}

// 按单词的长度进行分区
Map<Boolean, List<String>> partitionedByLength = words.stream()
        .collect(Collectors.partitioningBy(word -> word.length() > 5));
System.out.println("Partitioned by length (>5): " + partitionedByLength);
//输出：Partitioned by length (>5): {false=[apple, grape], true=[banana, orange, cherry]}
4.5.3.3连接
  • Collectors.joining(CharSequence delimiter): 将stream中的元素用特定的连接符（没有的话，则直接连接）连接成一个字符串。
List<Person> list = List.of(
        new Person("张三",23),
        new Person("李四",24),
        new Person("王五",25)
      );
String collect = list.stream().map(p -> p.getName()).collect(Collectors.joining(","));
System.out.println(collect);// 张三,李四,王五
List<String> list1 = List.of("A","B","C");
String collect1 = list1.stream().collect(Collectors.joining("-"));
System.out.println(collect1);// A-B-C
4.5.3.4.规约

Collectors类提供的reducing方法，相比于stream本身的reduce方法，增加了对自定义归约的支持。

  • Collectors.reducing(BinaryOperator<T> op)：这是最基本的 reducing 方法。它接受一个二元运算符，对流中的所有元素进行归约。该方法将返回一个收集器Optional，它使用提供的运算符对流中的元素进行归约。
  • Collectors.reducing(T identity, BinaryOperator<T> op)：此方法是 reducing 方法的扩展，允许你指定一个初始值。提供的初始值将用作归约操作的起始值。如果流为空，则结果将是提供的初始值。
  • Collectors.reducing(U identity, Function<? super T, ? extends U> mapper, BinaryOperator<U> op)：这个方法允许你在进行归约之前先将元素映射到另一种类型。你可以指定一个映射函数，并提供一个初始值。然后，它将使用映射函数将元素映射为指定类型，再使用提供的初始值对映射后的结果进行归约。
List<Integer> list = List.of(1, 2, 3, 4);

// 只传一个参数：定义运算规则
System.out.println(list.stream().collect(Collectors.reducing(Integer::sum)));// Optional[10]
// 等价于：System.out.println(list.stream().reduce(Integer::sum));

// 传递两个参数：定义一个初始值和运算规则
System.out.println(list.stream().collect(Collectors.reducing(0, Integer::sum)));// 10
// 等价于：System.out.println(list.stream().reduce(0, Integer::sum));

// 传递三个参数：定义一个初始值、映射函数和运算规则
System.out.println(list.stream().collect(Collectors.reducing(0, x -> x * x, Integer::sum))); //10
// 等价于：System.out.println(list.stream().map(x -> x * x).reduce(0, Integer::sum));先映射在规约
4.5.3.5.归集
  • Collectors.toList(): 将Stream中的元素收集到一个List中，并返回该List,元素可以重复,有序。
  • Collectors.toSet(): 将Stream中的元素收集到一个Set中，并返回该Set，元素不能重复，无序
  • Collectors.toMap(Function<? super T, ? extends K> keyMapper, Function<? super T, ? extends U> valueMapper): 将Stream中的元素收集到一个Map中，并返回该Map。如果键重复会抛出 IllegalStateException 异常
    • 参数一表示键的生成规则
    • 参数二表示值的生成规则
    • Function
      • 泛型一：表示流中每一个数据的类型
      • 泛型二：表示Map集合中键的数据类型
    • 重写方法apply
      • 形参：依次表示流里面的每一个数据
      • 方法体：生成键/值的代码
      • 返回值：已经生成的键/值
  • Collectors.toMap(Function<? super T, ? extends K> keyMapper, Function<? super T, ? extends U> valueMapper, BinaryOperator<U> mergeFunction): 收集到 Map 集合中，允许指定一个合并函数来处理键冲突。
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
Collections.addAll(list, "张无忌-男-15", "周芷若-女-14", "赵敏-女-13", "张强-男-20",
        "张三丰-男-100", "张翠山-男-40", "张良-男-35", "王二麻子-男-37", "谢广坤-男-41");


//收集List集合当中
//需求：
//我要把所有的男性收集起来
List<String> newList1 = list.stream()
        .filter(s -> "男".equals(s.split("-")[1]))
        .collect(Collectors.toList());
System.out.println(newList1);// [张无忌-男-15, 张强-男-20, 张三丰-男-100, 张翠山-男-40, 张良-男-35, 王二麻子-男-37, 谢广坤-男-41]


//收集Set集合当中
//需求：
//我要把所有的男性收集起来
Set<String> newList2 = list.stream().filter(s -> "男".equals(s.split("-")[1]))
        .collect(Collectors.toSet());
System.out.println(newList2);// [张强-男-20, 张良-男-35, 张三丰-男-100, 张无忌-男-15, 谢广坤-男-41, 张翠山-男-40, 王二麻子-男-37]


//收集Map集合当中
//我要把所有的男性收集起来
//键：姓名。 值：年龄
Map<String, Integer> map = list.stream()
        .filter(s -> "男".equals(s.split("-")[1]))                
        .collect(Collectors.toMap(
          new Function<String, String>() {
              @Override
              public String apply(String s) {
                  return s.split("-")[0];
              }
          },
          new Function<String, Integer>() {
              @Override
              public Integer apply(String s) {
                  return Integer.parseInt(s.split("-")[2]);
              }
          }));
System.out.println(map); // {张强=20, 张良=35, 张翠山=40, 王二麻子=37, 张三丰=100, 张无忌=15, 谢广坤=41}
// lambda表达式简化
Map<String, Integer> map2 = list.stream()
        .filter(s -> "男".equals(s.split("-")[1]))
        .collect(Collectors.toMap(
                s -> s.split("-")[0],
                s -> Integer.parseInt(s.split("-")[2])));

System.out.println(map2); // {张强=20, 张良=35, 张翠山=40, 王二麻子=37, 张三丰=100, 张无忌=15, 谢广坤=41}

// 收集到 Map 集合中，处理键冲突
List<Person> persons = List.of(
                new Person("Alice", 30),
                new Person("Bob", 25),
                new Person("Alice", 35)
        );
Map<String, Integer> personMapWithMergeFunction = persons.stream()
        .collect(Collectors.toMap(Person::getName, Person::getAge, (existing, replacement) -> existing));// 如果已经存在，保留原先存在的值
System.out.println(personMapWithMergeFunction); // {Alice=30, Bob=25}

5.Java Stream 底层实现

参考文章：深入理解Java Stream流水线

文章作者: Lu
文章链接: https://lusy37.github.io/2024/05/06/stream-liu/
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