文章目录
- 一、引入流
- 1. 流是什么
- 2. 流简介
- 3. 流与集合
- （1）只能遍历一次
- （2）外部迭代与内部迭代
- 4. 流操作
- （1）中间操作
- （2）终端操作
- （3）使用流
一、引入流
1. 流是什么
流是Java API的新成员，它允许你以声明性方式处理数据集合（通过查询语句来表达，而不是临时编写一个实现）。就现在来说，你可以把它们看成遍历数据集的高级迭代器。此外，流还可以透明地并行处理，你无需写任何多线程代码了！我们简单看看使用流的好处吧。下面两段代码都是用来返回低热量的菜肴名称的，并按照卡路里排序，一个是用Java 7写的，另一个是用Java 8的流写的。
之前（Java 7）：
List<Dish> lowCaloricDishes = new ArrayList<>();
for(Dish d: menu){
if(d.getCalories() < 400){
// 用累加器筛选元素
lowCaloricDishes.add(d);
}
}
Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<Dish>() {
// 用匿名类对菜肴排序
public int compare(Dish d1, Dish d2){
return Integer.compare(d1.getCalories(), d2.getCalories());
}
});
List<String> lowCaloricDishesName = new ArrayList<>();
for(Dish d: lowCaloricDishes){
// 处理排序后的菜名列表
lowCaloricDishesName.add(d.getName());
}在这段代码中，你用了一个“垃圾变量”lowCaloricDishes。它唯一的作用就是作为一次性的中间容器。在Java 8中，实现的细节被放在它本该归属的库里了。
之后（Java 8）：
import static java.util.Comparator.comparing;
import static java.util.stream.Collectors.toList;
List<String> lowCaloricDishesName = menu.stream()
// 选出400卡路里以下的菜肴
.filter(d -> d.getCalories() < 400)
// 按照卡路提取菜肴
.sorted(comparing(Dish::getCalories))
// 提取菜肴的名称
.map(Dish::getName)
// 将所有名称保存在List中
.collect(toList());为了利用多核架构并行执行这段代码，你只需要把stream()换成parallelStream()：
List<String> lowCaloricDishesName = menu.parallelStream()
.filter(d -> d.getCalories() < 400)
.sorted(comparing(Dishes::getCalories))
.map(Dish::getName)
.collect(toList());从软件工程师的角度来看，新的方法有几个显而易见的好处。
代码是以声明性方式写的：说明想要完成什么（筛选热量低的菜肴）而不是说明如何实现一个操作（利用循环和if条件等控制流语句）。你在前面的章节中也看到了，这种方法加上行为参数化让你可以轻松应对变化的需求：你很容易再创建一个代码版本，利用Lambda表达式来筛选高卡路里的菜肴，而用不着去复制粘贴代码。
你可以把几个基础操作链接起来，来表达复杂的数据处理流水线（在filter后面接上sorted、map和collect操作，如图4-1所示），同时保持代码清晰可读。filter的结果被传给了sorted方法，再传给map方法，最后传给collect方法。因为filter、sorted、map和collect等操作是与具体线程模型无关的高层次构件，所以它们的内部实现可以是单线程的，也可能透明地充分利用你的多核架构！在实践中，这意味着你用不着为了让某些数据处理任务并行而去操心线程和锁了，Stream API都替你做好了！
总结一下，Java 8中的Stream API可以让你写出这样的代码：
声明性——更简洁，更易读
可复合——更灵活
可并行——性能更好
2. 流简介
流到底是什么呢？简短的定义就是“从支持数据处理操作的源生成的元素序列”。让我们一步步剖析这个定义。
元素序列——就像集合一样，流也提供了一个接口，可以访问特定元素类型的一组有序值。因为集合是数据结构，所以它的主要目的是以特定的时间/空间复杂度存储和访问元素（如ArrayList 与 LinkedList）。但流的目的在于表达计算，比如你前面见到的filter、sorted和map。集合讲的是数据，流讲的是计算。
源——流会使用一个提供数据的源，如集合、数组或输入/输出资源。 请注意，从有序集合生成流时会保留原有的顺序。由列表生成的流，其元素顺序与列表一致。
数据处理操作——流的数据处理功能支持类似于数据库的操作，以及函数式编程语言中的常用操作，如filter、map、reduce、find、match、sort等。流操作可以顺序执行，也可并行执行。此外，流操作有两个重要的特点。
流水线——很多流操作本身会返回一个流，这样多个操作就可以链接起来，形成一个大的流水线。这让我们下一章中的一些优化成为可能，如延迟和短路。流水线的操作可以看作对数据源进行数据库式查询。
内部迭代——与使用迭代器显式迭代的集合不同，流的迭代操作是在背后进行的。让我们来看一段能够体现所有这些概念的代码：
import static java.util.stream.Collectors.toList;
List<String> threeHighCaloricDishNames = menu.stream() // 从menu获得流（菜肴列表）
// 建立操作流水线：首先选出高热量的菜肴
.filter(d -> d.getCalories() > 300)
// 获取菜名
.map(Dish::getName)
// 只选择头三个
.limit(3)
// 将结果保存在另一个List中
.collect(toList());
// 结果是[pork, beef, chicken]
System.out.println(threeHighCaloricDishNames);在本例中，我们先是对menu调用stream方法，由菜单得到一个流。数据源是菜肴列表（菜单），它给流提供一个元素序列。接下来，对流应用一系列数据处理操作：filter、map、limit和collect。除了collect之外，所有这些操作都会返回另一个流，这样它们就可以接成一条流水线，于是就可以看作对源的一个查询。最后，collect操作开始处理流水线，并返回结果（它和别的操作不一样，因为它返回的不是流，在这里是一个List）。在调用collect之前，没有任何结果产生，实际上根本就没有从menu里选择元素。你可以这么理解：链中的方法调用都在排队等待，直到调用collect。
图4-2显示了流操作的顺序：filter、map、limit、collect，每个操作简介如下。
filter——接受Lambda，从流中排除某些元素。在本例中，通过传递lambda d ->d.getCalories() > 300，选择出热量超过300卡路里的菜肴。
map——接受一个Lambda，将元素转换成其他形式或提取信息。在本例中，通过传递方法引用Dish::getName，相当于Lambda d -> d.getName()，提取了每道菜的菜名。
limit——截断流，使其元素不超过给定数量。
collect——将流转换为其他形式。在本例中，流被转换为一个列表。现在，你可以把collect看作能够接受各种方案作为参数，并将流中的元素累积成为一个汇总结果的操作。这里的toList()就是将流转换为列表的方案。注意看，我们刚刚解释的这段代码，与逐项处理菜单列表的代码有很大不同。首先，我们使用了声明性的方式来处理菜单数据，即你说的对这些数据需要做什么：“查找热量最高的三道菜的菜名。”你并没有去实现筛选（filter）、提取（map）或截断（limit）功能，Streams库已经自带了。因此，Stream API在决定如何优化这条流水线时更为灵活。例如，筛选、提取和截断操作可以一次进行，并在找到这三道菜后立即停止。
3. 流与集合
Java现有的集合概念和新的流概念都提供了接口，来配合代表元素型有序值的数据接口。所谓有序，就是说我们一般是按顺序取用值，而不是随机取用的。那这两者有什么区别呢？
粗略地说，集合与流之间的差异就在于什么时候进行计算。集合是一个内存中的数据结构，它包含数据结构中目前所有的值——集合中的每个元素都得先算出来才能添加到集合中。（你可以往集合里加东西或者删东西，但是不管什么时候，集合中的每个元素都是放在内存里的，元素都得先算出来才能成为集合的一部分。）
相比之下，流则是在概念上固定的数据结构（你不能添加或删除元素），其元素则是按需计算的。 这对编程有很大的好处。后面，我们将展示构建一个质数流（2, 3, 5, 7, 11, …）有多简单，尽管质数有无穷多个。这个思想就是用户仅仅从流中提取需要的值，而这些值——在用户看不见的地方——只会按需生成。这是一种生产者－消费者的关系。从另一个角度来说，流就像是一个延迟创建的集合：只有在消费者要求的时候才会计算值（用管理学的话说这就是需求驱动，甚至是实时制造)。
（1）只能遍历一次
请注意，和迭代器类似，流只能遍历一次。遍历完之后，我们就说这个流已经被消费掉了。你可以从原始数据源那里再获得一个新的流来重新遍历一遍，就像迭代器一样（这里假设它是集合之类的可重复的源，如果是I/O通道就没戏了）。例如，以下代码会抛出一个异常，说流已被消费掉了：
List<String> title = Arrays.asList("Java8", "In", "Action");
Stream<String> s = title.stream();
// 打印标题中的每个单词
s.forEach(System.out::println);
// java.lang.IllegalStateException:流已被操作或关闭
s.forEach(System.out::println);（2）外部迭代与内部迭代
使用Collection接口需要用户去做迭代（比如用for-each），这称为外部迭代。 相反，Streams库使用内部迭代——它帮你把迭代做了，还把得到的流值存在了某个地方，你只要给出一个函数说要干什么就可以了。
集合：用for-each循环外部迭代
List<String> names = new ArrayList<>();
// 显式顺序迭代菜单列表
for(Dish d: menu){
// 提取名称并将其添加到累加器
names.add(d.getName());
}请注意，for-each还隐藏了迭代中的一些复杂性。for-each结构是一个语法糖，它背后的东西用Iterator对象表达出来更要丑陋得多。
集合：用背后的迭代器做外部迭代
List<String> names = new ArrayList<>();
Iterator<String> iterator = menu.iterator();
// 显式迭代
while(iterator.hasNext()) {
Dish d = iterator.next();
names.add(d.getName());
}流：内部迭代
List<String> names = menu.stream()
// 用getName 方法参数化map，提取菜名
.map(Dish::getName)
// 开始执行操作流水线；没有迭代！
.collect(toList());
4. 流操作
java.util.stream.Stream中的Stream接口定义了许多操作。它们可以分为两大类。
filter、map和limit可以连成一条流水线；
collect触发流水线执行并关闭它。
可以连接起来的流操作称为中间操作，关闭流的操作称为终端操作。
（1）中间操作
诸如filter或sorted等中间操作会返回另一个流。这让多个操作可以连接起来形成一个查询。重要的是，除非流水线上触发一个终端操作，否则中间操作不会执行任何处理——它们很懒。
这是因为中间操作一般都可以合并起来，在终端操作时一次性全部处理。为了搞清楚流水线中到底发生了什么，我们把代码改一改，让每个Lambda都打印出当前处理的菜肴：
List<String> names = menu.stream()
.filter(d -> {
// 打印当前筛选的菜肴
System.out.println("filtering" + d.getName());
return d.getCalories() > 300;
})
.map(d -> {
// 提取菜名时打印出来
System.out.println("mapping" + d.getName());
return d.getName();
})
.limit(3)
.collect(toList());
System.out.println(names);此代码执行时将打印：
filtering pork
mapping pork
filtering beef
mapping beef
filtering chicken
mapping chicken
[pork, beef, chicken]你会发现，有好几种优化利用了流的延迟性质。
第一，尽管很多菜的热量都高于300卡路里，但只选出了前三个！这是因为limit操作和一种称为短路的技巧。
第二，尽管filter和map是两个独立的操作，但它们合并到同一次遍历中了（我们把这种技术叫作循环合并）。
（2）终端操作
终端操作会从流的流水线生成结果。其结果是任何不是流的值，比如List、Integer，甚至void。例如，在下面的流水线中，forEach是一个返回void的终端操作，它会对源中的每道菜应用一个Lambda。把System.out.println传递给forEach，并要求它打印出由menu生成的流中的每一个Dish：
menu.stream().forEach(System.out::println);（3）使用流
总而言之，流的使用一般包括三件事：
一个数据源（如集合）来执行一个查询；
一个中间操作链，形成一条流的流水线；
一个终端操作，执行流水线，并能生成结果。流的流水线背后的理念类似于构建器模式。在构建器模式中有一个调用链用来设置一套配置（对流来说这就是一个中间操作链），接着是调用built方法（对流来说就是终端操作）。
