10.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。

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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

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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

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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。

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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

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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。