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java lambda表达式

temp10 2025-05-16 16:06:17 java教程 2 ℃ 0 评论

Java Stream 流:高效集合处理的函数式编程利器

一、什么是 Java Stream?

Java 8 引入的 Stream API 是一套用于处理集合数据的流式编程接口,通过函数式风格(无副作用的操作)和链式调用,实现数据过滤、转换、聚合等操作的声明式编程。其核心思想是:将集合元素视为数据流,通过中间操作(如过滤、映射)和终端操作(如收集、统计)高效处理数据,避免传统循环的冗余代码。

二、Stream 的核心特性

特性

java lambda表达式

说明

流式处理

数据从源头(集合、数组等)流经一系列操作,最终由终端操作触发执行。

延迟执行

中间操作(如 filter)不会立即执行,直到终端操作(如 collect)触发,减少冗余计算。

不可变性

流不修改原始数据,每次操作返回新流(类似集合的不可变视图)。

并行支持

通过 parallel() 方法自动利用多核 CPU,简化并行编程(需注意线程安全)。

函数式风格

操作参数为 Lambda 表达式或方法引用,避免命令式循环的 “如何做”,专注 “做什么”。

三、Stream 的创建方式

  1. 集合创建(最常用):

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

Stream<Integer> stream = numbers.stream(); // 串行流

Stream<Integer> parallelStream = numbers.parallelStream(); // 并行流

  1. 数组创建

int[] array = {1, 2, 3};

IntStream stream = Arrays.stream(array);

  1. 生成器创建

// 无限流(需终端操作限制,如 limit)

Stream<Integer> infiniteStream = Stream.iterate(0, n -> n + 2).limit(5); // 0, 2, 4, 6, 8

  1. 值创建

Stream<String> strStream = Stream.of("a", "b", "c");

四、核心操作:中间操作(Intermediate) vs 终端操作(Terminal)

类型

作用

示例方法(附说明)

中间操作

对流进行转换,返回新流(延迟执行)

filter(过滤)、map(映射)、sorted(排序)、distinct(去重)、limit(截断)

终端操作

触发流的执行,返回结果或副作用

forEach(遍历)、collect(收集)、reduce(聚合)、count(计数)、anyMatch(条件匹配)

示例:链式操作链

List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie", "David");

// 需求:过滤长度>3的名字,转大写,按字母倒序排序,收集为 List

List<String> result = names.stream()

.filter(name -> name.length() > 3) // 中间操作:过滤

.map(String::toUpperCase) // 中间操作:映射

.sorted(Comparator.reverseOrder()) // 中间操作:排序

.collect(Collectors.toList()); // 终端操作:收集(触发执行)

// 输出:[CHARLIE, DAVID]

五、常用操作详解

1. 过滤与筛选

  • filter(Predicate<? super T> predicate):保留符合条件的元素。

List<Integer> evenNumbers = numbers.stream()

.filter(n -> n % 2 == 0)

.collect(Collectors.toList()); // [2, 4]

2. 映射转换

  • map(Function<? super T, ? extends R> mapper):将元素转换为新类型。

List<Integer> lengths = names.stream()

.map(String::length) // 映射为长度

.collect(Collectors.toList()); // [5, 3, 7, 5]

  • flatMap:处理嵌套流(如将二维列表转为一维)。

List<List<Integer>> nested = Arrays.asList(Arrays.asList(1,2), Arrays.asList(3,4));

List<Integer> flat = nested.stream()

.flatMap(Collection::stream) // 展平为 [1,2,3,4]

.collect(Collectors.toList());

3. 聚合与统计

  • reduce:对元素进行累积计算。

int sum = numbers.stream().reduce(0, Integer::sum); // 0+1+2+3+4+5=15

  • Collectors 工具类:分组、分区、统计等。

// 按长度分组:{3=[Bob], 5=[Alice, David], 7=[Charlie]}

Map<Integer, List<String>> groupByLength = names.stream()

.collect(Collectors.groupingBy(String::length));

4. 并行流优化

  • parallel():自动利用多核 CPU,提升大数据量处理性能。

long count = numbers.parallelStream()

.filter(n -> n > 1000)

.count(); // 并行统计

  • 注意:并行流适用于无状态、无共享变量的操作,避免线程安全问题。

六、Stream 与传统循环的对比

场景

传统循环(命令式)

Stream(声明式)

过滤偶数并求和

int sum = 0;for (int n : nums) { if (n%2==0) sum +=n;}

nums.stream().filter(n->n%2==0).reduce(0, Integer::sum)

代码行数

5 行

1 行(链式操作)

可读性

关注 “如何遍历”

关注 “做什么”(过滤 + 求和)

并行支持

需手动实现多线程

一行 parallel() 自动并行

七、最佳实践与避坑

  1. 避免副作用
  • 错误:在 forEach 中修改外部变量(线程不安全且违背函数式编程)。

List<Integer> list = new ArrayList<>();

numbers.stream().forEach(list::add); // 正确(无副作用,内部迭代)

  1. 合理使用并行流
  • 适用场景:数据量大、无状态操作(如过滤、映射)。不适用场景:IO 操作、有共享状态的计算(如累加器)。
  1. 延迟执行优化
  • 中间操作不会立即执行,多个中间操作合并为一次遍历(如 filter + map 仅遍历一次)。
  1. 注意流的 “一次性”
  • 流只能被终端操作消费一次,重复调用会抛异常。

Stream<Integer> stream = numbers.stream();

stream.count(); // 第一次终端操作,正常

stream.count(); // 报错:Stream has already been operated upon or closed

八、典型应用场景

  1. 数据过滤与筛选:如从用户列表中筛选活跃用户(filter)。
  2. 数据转换:如将订单列表转换为金额列表(map)。
  3. 聚合统计:如计算订单总金额(reduce)、平均值(Collectors.averagingInt)。
  4. 分组与分区:如按部门分组员工(groupingBy),区分成年与未成年(partitioningBy)。
  5. 并行处理:如批量处理百万级数据(parallelStream)。

九、总结

Java Stream 流通过声明式编程延迟执行,将集合处理的复杂度从 “如何循环” 解放到 “做什么操作”,显著提升代码可读性和执行效率。掌握其核心操作(filter/map/collect)、并行优化及函数式编程思想,可高效解决数据处理问题。实际开发中,结合 Collectors 工具类和自定义 Comparator,能应对复杂业务需求,是 Java 开发者必备的进阶技能。

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