Stream 介绍

Java 从 8 开始，不但引入了 Lambda 表达式，还引入了一个全新的流式 API：Stream API。它位于 java.util.stream 包中。

声明：本文主要参考廖雪峰老师的教程 使用 Stream (opens new window)，并自己动手实践了一遍。

什么是 Stream

重点：这个 Stream 不同于 java.io 的 InputStream 和 OutputStream，它代表的是任意 Java 对象的序列。两者对比如下：

	java.io	java.util.stream
存储	顺序读写的 byte 或 char	顺序输出的任意 Java 对象实例
用途	序列化至文件或网络	内存计算／业务逻辑

有同学会问：一个顺序输出的 Java 对象序列，不就是一个 List 容器吗？

再次划重点：这个 Stream 和 List 也不一样，List 存储的每个元素都是已经存储在内存中的某个 Java 对象，而 Stream 输出的元素可能并没有预先存储在内存中，而是实时计算出来的。

换句话说，List 的用途是操作一组已存在的 Java 对象，而 Stream 实现的是惰性计算，用到的时候再计算。两者对比如下：

	java.util.List	java.util.stream
元素	已分配并存储在内存	可能未分配，实时计算
用途	操作一组已存在的 Java 对象	惰性计算

Stream 看上去有点不好理解，但我们举个例子就明白了

List 就好比自助餐，东西都已经做好了，想吃什么就直接去拿就可以

stream 就好比普通的饭店，先点菜后再做饭，做好了才可以吃

在编程中使用 Stream

我们来动手实践下，例如我们要表示一个全体自然数的集合，显然，用 List 是不可能写出来的，因为自然数是无限的，内存再大也没法放到 List 中。

但是，用 Stream 可以做到。写法如下：

Stream<BigInteger> naturals = createNaturalStream(); // 全体自然数

我们先不考虑 createNaturalStream() 这个方法是如何实现的，我们看看如何使用这个 Stream。

首先，我们可以对每个自然数做一个平方，这样我们就把这个 Stream转换成了另一个 Stream：

Stream<BigInteger> naturals = createNaturalStream(); // 全体自然数
Stream<BigInteger> streamNxN = naturals.map(n -> n.multiply(n)); // 全体自然数的平方

因为这个 streamNxN 也有无限多个元素，要打印它，必须首先把无限多个元素变成有限个元素，可以用 limit() 方法截取前 100 个元素，最后用 forEach() 处理每个元素，这样，我们就打印出了前 100 个自然数的平方：

Stream<BigInteger> naturals = createNaturalStream();
naturals.map(n -> n.multiply(n)) // 1, 4, 9, 16, 25...
        .limit(100)
        .forEach(System.out::println);

我们总结一下 Stream的特点：它可以“存储”有限个或无限个元素。这里的存储打了个引号，是因为元素有可能已经全部存储在内存中，也有可能是根据需要实时计算出来的。

Stream 的本质：计算规则

Stream 可以理解为只存储了计算规则，需要输出元素的时候，才进行计算。

Stream 的另一个特点是，一个 Stream 可以轻易地转换为另一个 Stream，而不是修改原 Stream 本身。

最后，真正的计算通常发生在最后结果的获取，也就是惰性计算。

Stream<BigInteger> naturals = createNaturalStream(); // 不计算
Stream<BigInteger> s2 = naturals.map(BigInteger::multiply); // 不计算
Stream<BigInteger> s3 = s2.limit(100); // 不计算
s3.forEach(System.out::println); // 计算

惰性计算的特点是：一个 Stream 转换为另一个 Stream 时，实际上只存储了计算规则，并没有任何计算发生。

例如，创建一个全体自然数的 Stream，不会进行计算，把它转换为上述 s2 这个 Stream，也不会进行计算。再把 s2 这个无限 Stream 转换为 s3 这个有限的 Stream，也不会进行计算。只有最后，调用 forEach 确实需要 Stream 输出的元素时，才进行计算。我们通常把 Stream 的操作写成链式操作，代码更简洁：

createNaturalStream()
    .map(BigInteger::multiply)
    .limit(100)
    .forEach(System.out::println);

因此，Stream API 的基本用法就是：创建一个 Stream，然后做若干次转换，最后调用一个求值方法获取真正计算的结果：

int result = createNaturalStream() // 创建Stream
             .filter(n -> n % 2 == 0) // 任意个转换
             .map(n -> n * n) // 任意个转换
             .limit(100) // 任意个转换
             .sum(); // 最终计算结果

小结

Stream API 的特点是：

• Stream API 提供了一套新的流式处理的抽象序列；
• Stream API 支持函数式编程和链式操作；
• Stream 可以表示无限序列，并且大多数情况下是惰性求值的。