探索 Java 8 中的 Stream 流：构建流的多种方式

news2024/11/8 17:39:44

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人嘛，要懂得避嫌…

开篇引入

Java 8引入了Stream流作为一项新的特性，它是用来处理集合数据的一种函数式编程方式。Stream流提供了一种更简洁、高效和易于理解的方法来操作集合数据，同时也能够实现并行处理，以提高性能。

以下是Stream流的一些重要特征和用法：

  1. 流的创建：可以从集合、数组、I/O通道等多种数据源创建Stream流。例如，使用Collection.stream()方法可以将集合转换为流，使用Arrays.stream()可以将数组转换为流。

  2. 中间操作：Stream流支持各种中间操作，这些操作允许对流中的元素进行过滤、映射、排序等操作，而不会修改原始数据。一些常见的中间操作包括filter（过滤元素）、map（映射元素）、sorted（排序元素）等。

  3. 终端操作：终端操作是对流进行最终操作，它们触发实际的计算并生成结果。一些常见的终端操作包括forEach（遍历元素并执行操作）、collect（将流中的元素收集到一个集合中）、count（计算元素个数）等。

  4. 延迟执行：Stream操作是延迟执行的，这意味着中间操作可以在不实际计算的情况下链接在一起。只有在调用终端操作时，才会触发流的处理。

  5. 并行处理：Stream流支持并行处理，通过使用parallelStream()方法，可以轻松地将流的处理分布到多个处理器核心上，以提高性能。

  6. 函数式编程风格：Stream流鼓励使用函数式编程风格，其中操作是以lambda表达式的形式传递的，使代码更具表达力和简洁。

以下是一个示例，演示了如何使用Stream流来操作一个集合：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);

int sum = numbers.stream()
                .filter(n -> n % 2 == 0) // 过滤偶数
                .map(n -> n * 2) // 将偶数翻倍
                .reduce(0, Integer::sum); // 求和

System.out.println("偶数的翻倍之和为: " + sum);

这只是Stream流的一个简单示例，它展示了Stream流的一些常见操作，如过滤、映射和汇总。通过Stream流，可以以更简洁和可读的方式处理集合数据，减少了样板代码，提高了代码质量和可维护性。下面我们将对构建流的多种方式多种方式展开做一个详细阐述。

1.从集合创建流

从集合创建Stream流非常简单，可以使用集合类的stream()方法来获取一个Stream对象。下面我将展示如何从集合创建Stream，并结合实际应用提供两个代码示例。

示例1：从List创建Stream

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

public class StreamCreationExample {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = new ArrayList<>();
        names.add("Alice");
        names.add("Bob");
        names.add("Charlie");
        names.add("David");
        names.add("Eve");

        // 创建一个Stream流
        Stream<String> nameStream = names.stream();

        // 使用Stream流进行操作
        nameStream
            .filter(name -> name.startsWith("A"))
            .forEach(System.out::println);
    }
}

这个示例中，我们首先创建了一个包含一些姓名的List集合，然后使用names.stream()方法创建了一个Stream流。接着，我们使用filter中间操作筛选出以"A"开头的姓名，并使用forEach终端操作打印输出结果。

示例2：从Map创建Stream

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Stream;

public class StreamCreationFromMapExample {

    public static void main(String[] args) {
        Map<Integer, String> studentMap = new HashMap<>();
        studentMap.put(1, "Alice");
        studentMap.put(2, "Bob");
        studentMap.put(3, "Charlie");
        studentMap.put(4, "David");
        studentMap.put(5, "Eve");

        // 从Map的键集合创建Stream
        Stream<Integer> studentIdsStream = studentMap.keySet().stream();

        // 使用Stream流进行操作
        studentIdsStream
            .filter(id -> id % 2 == 0)
            .forEach(id -> System.out.println(id + ": " + studentMap.get(id)));
    }
}

这个示例中，我们创建了一个包含学生ID和姓名的Map，然后使用studentMap.keySet().stream()方法从Map的键集合创建了一个Stream流。接着，我们使用filter中间操作筛选出偶数的学生ID，并使用forEach终端操作打印出相应的学生信息。

2.从数组创建流

从数组创建Stream流也非常简单，Java 8 提供了Arrays.stream() 方法，它允许将一个数组转换为一个Stream流。下面我将详细介绍如何从数组创建Stream，并提供两个代码示例。

示例1：从整数数组创建Stream

import java.util.Arrays;
import java.util.stream.IntStream;

public class StreamCreationFromArrayExample {

    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

        // 从整数数组创建IntStream
        IntStream numberStream = Arrays.stream(numbers);

        // 使用Stream流进行操作
        int sum = numberStream
            .filter(n -> n % 2 == 0)
            .map(n -> n * 2)
            .sum();

        System.out.println("偶数的翻倍之和为: " + sum);
    }
}

在这个示例中，我们首先创建了一个整数数组 numbers，然后使用 Arrays.stream(numbers) 方法将它转换为一个 IntStream 流。接着，我们使用该流进行一系列操作，包括筛选出偶数并将其翻倍，最后计算它们的总和。

示例2：从字符串数组创建Stream

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

public class StreamCreationFromArrayExample {

    public static void main(String[] args) {
        String[] words = {"apple", "banana", "cherry", "date", "elderberry"};

        // 从字符串数组创建Stream
        Stream<String> wordStream = Arrays.stream(words);

        // 使用Stream流进行操作
        wordStream
            .filter(word -> word.startsWith("b"))
            .map(String::toUpperCase)
            .forEach(System.out::println);
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个字符串数组 words，然后使用 Arrays.stream(words) 方法将它转换为一个 Stream 流。接着，我们使用流进行操作，包括筛选出以字母 “b” 开头的单词，并将它们转换为大写形式后打印输出。

3.静态工厂方法

Java 8也引入了一些静态工厂方法来创建Stream流，这些方法使得创建Stream流变得更加简便和灵活。下面我将详细介绍这些静态工厂方法，并提供两个代码示例。

静态工厂方法创建Stream

  1. Stream.of(T... values)：通过将一个可变参数的元素列表传递给Stream.of方法来创建一个包含这些元素的Stream流。这对于创建具有少量元素的流非常方便。

  2. Stream.empty()：使用Stream.empty()方法创建一个空的Stream流。

  3. Stream.generate(Supplier<T> s)：通过提供一个Supplier函数来创建一个无限大小的Stream流，该函数会生成元素。通常，需要使用limit操作限制生成的元素数量。

  4. Stream.iterate(T seed, UnaryOperator<T> f)：通过提供初始值（seed）和一个一元操作函数（UnaryOperator）来创建一个包含无限序列的Stream流。例如，可以使用Stream.iterate(0, n -> n + 1)来创建一个自然数序列的Stream流。

示例1：使用Stream.of创建Stream

import java.util.stream.Stream;

public class StreamFactoryExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 使用Stream.of创建Stream流
        Stream<String> stream = Stream.of("Apple", "Banana", "Cherry", "Date");

        // 打印Stream中的元素
        stream.forEach(System.out::println);
    }
}

这个示例使用Stream.of静态工厂方法创建了一个包含水果名称的Stream流，并使用forEach终端操作打印出每个水果的名称。

示例2：使用Stream.generate创建Stream

import java.util.Random;
import java.util.stream.Stream;

public class StreamGenerateExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 使用Stream.generate创建随机整数流
        Stream<Integer> randomIntStream = Stream.generate(() -> new Random().nextInt(100));

        // 限制流的元素数量，然后打印
        randomIntStream
            .limit(10)
            .forEach(System.out::println);
    }
}

在这个示例中，我们使用Stream.generate静态工厂方法创建了一个包含随机整数的Stream流。然后，我们使用limit操作限制了流中元素的数量，最后打印出了生成的随机整数。

这些静态工厂方法为创建不同类型的Stream提供了便捷的途径，使流的创建更加灵活和便捷。

4.使用 Stream.Builder

Stream.Builder是Java 8引入的用于构建流的一种方式。它允许逐个添加元素到流中，并最终构建一个Stream对象。这对于在迭代或生成元素的过程中构建流非常有用。

下面是如何使用Stream.Builder创建流的详细介绍，并提供两个代码示例。

使用Stream.Builder创建流的步骤：

  1. 创建Stream.Builder对象：首先，需要创建一个Stream.Builder对象。

  2. 添加元素：然后，使用Stream.Builder的add方法逐个添加元素到流中。

  3. 构建流：一旦添加了所有元素，可以调用Stream.Builder的build方法来构建Stream对象。

示例1：使用Stream.Builder创建流并过滤奇数

import java.util.stream.Stream;

public class StreamBuilderExample {

    public static void main(String[] args) {
        Stream.Builder<Integer> builder = Stream.builder();

        // 添加元素到Stream
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            builder.accept(i);
        }

        // 构建Stream
        Stream<Integer> numberStream = builder.build();

        // 使用Stream操作
        numberStream
            .filter(n -> n % 2 == 0) // 过滤偶数
            .forEach(System.out::println);
    }
}

在这个示例中，我们首先创建了一个Stream.Builder对象，然后使用accept方法逐个添加1到10的整数到流中，最后使用filter中间操作筛选出偶数并使用forEach终端操作打印出结果。

示例2：使用Stream.Builder生成斐波那契数列

import java.util.stream.Stream;

public class FibonacciStreamExample {

    public static void main(String[] args) {
        Stream.Builder<Long> builder = Stream.builder();

        long a = 0, b = 1;
        int count = 10;

        for (int i = 0; i < count; i++) {
            builder.accept(a);
            long next = a + b;
            a = b;
            b = next;
        }

        Stream<Long> fibonacciStream = builder.build();

        fibonacciStream.forEach(System.out::println);
    }
}

在这个示例中，我们使用Stream.Builder生成斐波那契数列的前10个数字。我们首先创建一个Stream.Builder对象，然后使用循环逐个添加斐波那契数列的元素，最后使用forEach终端操作打印出结果。

Stream.Builder适用于需要逐个生成元素并构建流的情况，使代码更加清晰和灵活。

5. 从文件创建流

在Java中，可以从文件创建Stream流以便进行文件的读取和处理。通常，可以使用java.nio.file包中的类来实现这一目的。以下是如何从文件创建流的方法以及两个代码示例：

方法1：使用Files.lines方法创建文本文件的流

Files.lines方法允许创建一个包含文件内容的Stream<String>，适用于文本文件的逐行读取。该方法接受文件路径作为参数，并返回一个Stream对象。

下面是一个示例：

import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.stream.Stream;

public class FileToStreamExample {

    public static void main(String[] args) {
        String filePath = "sample.txt"; // 文件路径

        try (Stream<String> lines = Files.lines(Paths.get(filePath))) {
            lines.forEach(System.out::println); // 逐行打印文件内容
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在这个示例中，我们使用Files.lines方法打开名为"sample.txt"的文本文件，并将其内容逐行打印到控制台。

方法2：使用Files.newInputStream方法创建二进制文件的流

如果要处理二进制文件，例如图像或音频文件，可以使用Files.newInputStream方法创建一个InputStream，然后将其转换为Stream。下面是一个示例：

import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.util.stream.Stream;

public class BinaryFileToStreamExample {

    public static void main(String[] args) {
        String filePath = "image.jpg"; // 二进制文件路径

        try {
            Path path = Paths.get(filePath);
            Stream<Byte> byteStream = Files.newInputStream(path)
                                          .map(b -> (byte) b);

            byteStream.forEach(System.out::println); // 逐字节打印二进制文件内容
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在这个示例中，我们使用Files.newInputStream方法创建一个输入流，然后将其映射为Stream<Byte>，并最终逐字节打印二进制文件的内容。

无论是文本文件还是二进制文件，从文件创建Stream流都是非常有用的，它使文件的读取和处理变得更加方便和灵活。在处理文件时，不要忘记适当地处理可能出现的IOException异常。

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