Java Stream API

Java Stream API 是 Java 8 引入的一个强大的工具，用于处理集合数据。它提供了一种声明式的方式来操作数据流，使得代码更加简洁、易读，并且可以利用多核架构进行并行处理。Stream API 的核心思想是将数据看作一个流，通过一系列的操作（如过滤、映射、排序等）来处理数据。

什么是 Stream？

Stream 是数据源的抽象，它可以是一个集合、数组、I/O 通道等。Stream 本身并不存储数据，而是对数据源进行操作。Stream 操作分为两类：

1. 中间操作（Intermediate Operations）：返回一个新的 Stream，允许链式调用。例如：filter、map、sorted 等。
2. 终端操作（Terminal Operations）：触发 Stream 的处理并返回结果或副作用。例如：forEach、collect、reduce 等。

Stream 操作是惰性的，只有在终端操作被调用时，中间操作才会真正执行。

创建 Stream

在 Java 中，可以通过多种方式创建 Stream：

1. 从集合创建：使用 stream() 或 parallelStream() 方法。
2. 从数组创建：使用 Arrays.stream() 方法。
3. 使用 Stream.of()：直接创建 Stream。

java

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Stream;

public class StreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 从集合创建 Stream
        List<String> list = Arrays.asList("Java", "Python", "C++");
        Stream<String> stream1 = list.stream();

        // 从数组创建 Stream
        String[] array = {"Java", "Python", "C++"};
        Stream<String> stream2 = Arrays.stream(array);

        // 使用 Stream.of() 创建 Stream
        Stream<String> stream3 = Stream.of("Java", "Python", "C++");
    }
}

常用 Stream 操作

1. 过滤（Filter）

filter 方法用于过滤 Stream 中的元素，只保留满足条件的元素。

java

List<String> languages = Arrays.asList("Java", "Python", "C++", "JavaScript");
List<String> filteredLanguages = languages.stream()
    .filter(language -> language.startsWith("J"))
    .collect(Collectors.toList());

System.out.println(filteredLanguages); // 输出: [Java, JavaScript]

2. 映射（Map）

map 方法用于将 Stream 中的每个元素映射为另一个元素。

java

List<String> languages = Arrays.asList("Java", "Python", "C++");
List<Integer> languageLengths = languages.stream()
    .map(String::length)
    .collect(Collectors.toList());

System.out.println(languageLengths); // 输出: [4, 6, 3]

3. 排序（Sorted）

sorted 方法用于对 Stream 中的元素进行排序。

java

List<String> languages = Arrays.asList("Java", "Python", "C++");
List<String> sortedLanguages = languages.stream()
    .sorted()
    .collect(Collectors.toList());

System.out.println(sortedLanguages); // 输出: [C++, Java, Python]

4. 聚合（Reduce）

reduce 方法用于将 Stream 中的元素聚合为一个结果。

java

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
int sum = numbers.stream()
    .reduce(0, Integer::sum);

System.out.println(sum); // 输出: 15

实际应用场景

案例 1：统计单词频率

假设我们有一个文本文件，需要统计每个单词出现的频率。

java

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Collectors;

public class WordFrequency {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> words = Arrays.asList("apple", "banana", "apple", "orange", "banana", "apple");
        Map<String, Long> wordFrequency = words.stream()
            .collect(Collectors.groupingBy(word -> word, Collectors.counting()));

        System.out.println(wordFrequency); // 输出: {orange=1, banana=2, apple=3}
    }
}

案例 2：并行处理大数据集

Stream API 支持并行处理，可以充分利用多核 CPU 的优势。

java

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class ParallelStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
        int sum = numbers.parallelStream()
            .mapToInt(Integer::intValue)
            .sum();

        System.out.println(sum); // 输出: 55
    }
}

总结

Java Stream API 提供了一种高效、简洁的方式来处理集合数据。通过使用 Stream，我们可以轻松地实现过滤、映射、排序、聚合等操作，并且可以利用并行流来提高处理速度。Stream API 的声明式编程风格使得代码更加易读和易于维护。

提示

提示：在使用 Stream API 时，尽量避免在中间操作中修改外部状态，以保持代码的纯净性和可维护性。

附加资源与练习

1. 官方文档：阅读 Java Stream API 官方文档 以了解更多细节。
2. 练习：尝试使用 Stream API 实现以下功能：
   • 从一个整数列表中找出所有偶数并求和。
   • 从一个字符串列表中找出长度大于 5 的字符串，并将其转换为大写。

通过不断练习，你将更加熟练地掌握 Java Stream API 的使用。