Java8中的Stream解决什么问题？

Stream是Java8的一大亮点，是对容器对象功能的增强，它专注于对容器对象进行各种非常便利、高效的聚合操作（aggregate operation）或者大批量数据操作。Stream API借助于同样新出现的Lambda表达式，极大的提高编程效率和程序可读性。同时，它提供串行和并行两种模式进行汇聚操作，并发模式能够充分利用多核处理器的优势，使用fork/join并行方式来拆分任务和加速处理过程。所以说，Java8中首次出现的 java.util.stream是一个函数式语言+多核时代综合影响的产物。

一. 引子

1、为什么需要Stream ?

Stream作为Java8的一大亮点，它与java.io包里的InputStream和OutputStream是完全不同的概念。它也不同于StAX对XML解析的Stream，也不是Amazon Kinesis对大数据实时处理的Stream。Java8中的Stream是对容器对象功能的增强，它专注于对容器对象进行各种非常便利、高效的聚合操作（aggregate operation），或者大批量数据操作 (bulk data operation)。Stream API借助于同样新出现的Lambda表达式，极大的提高编程效率和程序可读性。同时，它提供串行和并行两种模式进行汇聚操作，并发模式能够充分利用多核处理器的优势，使用fork/join并行方式来拆分任务和加速处理过程。通常，编写并行代码很难而且容易出错, 但使用Stream API无需编写一行多线程的代码，就可以很方便地写出高性能的并发程序。所以说，Java8中首次出现的 java.util.stream是一个函数式语言+多核时代综合影响的产物。

2、什么是聚合操作

在传统的J2EE应用中，Java代码经常不得不依赖于关系型数据库的聚合操作来完成诸如：

客户每月平均消费金额最昂贵的在售商品本周完成的有效订单（排除了无效的）取十个数据样本作为首页推荐

这类的操作。但在当今这个数据大爆炸的时代，在数据来源多样化、数据海量化的今天，很多时候不得不脱离 RDBMS，或者以底层返回的数据为基础进行更上层的数据统计。而Java的集合API中，仅仅有极少量的辅助型方法，更多的时候是程序员需要用Iterator来遍历集合，完成相关的聚合应用逻辑，这是一种远不够高效、笨拙的方法。在Java7中，如果要发现type为grocery的所有交易，然后返回以交易值降序排序好的交易ID集合，我们需要这样写：

List<transaction> groceryTransactions = new Arraylist<>();

for(Transaction t: transactions){

if(t.getType() == Transaction.GROCERY){

groceryTransactions.add(t);

}

Collections.sort(groceryTransactions, new Comparator(){

public int compare(Transaction t1, Transaction t2){

return t2.getValue().compareTo(t1.getValue());

}

});

List<integer> transactionIds = new ArrayList<>();

for(Transaction t: groceryTransactions){

transactionsIds.add(t.getId());

}</integer></transaction>

而在 Java 8 使用 Stream，代码更加简洁易读；而且使用并发模式，程序执行速度更快。

List<integer> transactionsIds = transactions.parallelStream()

.filter(t -> t.getType() == Transaction.GROCERY)

.sorted(comparing(Transaction::getValue).reversed())

.map(Transaction::getId).collect(toList());</integer>

二. Stream总览

1、什么是流？

　　Stream不是集合元素，它不是数据结构并不保存数据，它是有关算法和计算的，它更像一个高级版本的Iterator。原始版本的Iterator，用户只能显式地一个一个遍历元素并对其执行某些操作；高级版本的Stream，用户只要给出需要对其包含的元素执行什么操作，比如，“过滤掉长度大于 10 的字符串”、“获取每个字符串的首字母”等，Stream会隐式地在内部进行遍历，做出相应的数据转换。Stream就如同一个迭代器（Iterator），单向，不可往复，数据只能遍历一次，遍历过一次后即用尽了，就好比流水从面前流过，一去不复返。

　　而和迭代器又不同的是，Stream可以并行化操作，迭代器只能命令式地、串行化操作。顾名思义，当使用串行方式去遍历时，每个item读完后再读下一个item。而使用并行去遍历时，数据会被分成多个段，其中每一个都在不同的线程中处理，然后将结果一起输出。Stream的并行操作依赖于Java7中引入的Fork/Join框架（JSR166y）来拆分任务和加速处理过程。

　　Stream 的另外一大特点是，数据源本身可以是无限的。

2、流的构成

　　当我们使用一个流的时候，通常包括三个基本步骤：获取一个数据源（source）→ 数据转换 → 执行操作获取想要的结果。每次转换原有Stream对象不改变，返回一个新的Stream对象（可以有多次转换），这就允许对其操作可以像链条一样排列，变成一个管道，如下图所示:

3、Stream的生成方式

（1）从Collection和数组获得

Collection.stream() Collection.parallelStream() Arrays.stream(T array) or Stream.of()

（2）从BufferedReader获得

java.io.BufferedReader.lines()

（3）静态工厂

java.util.stream.IntStream.range() java.nio.file.Files.walk()

（4）自己构建

java.util.Spliterator

（5）其他

Random.ints() BitSet.stream() Pattern.splitAsStream(java.lang.CharSequence) JarFile.stream()

4、流的操作类型

　　流的操作类型分为两种：

Intermediate：一个流可以后面跟随零个或多个intermediate操作。其目的主要是打开流，做出某种程度的数据映射/过滤，然后返回一个新的流，交给下一个操作使用。这类操作都是惰性化的（lazy），就是说，仅仅调用到这类方法，并没有真正开始流的遍历。

Terminal：一个流只能有一个terminal操作，当这个操作执行后，流就被使用“光”了，无法再被操作。所以,这必定是流的最后一个操作。Terminal操作的执行，才会真正开始流的遍历，并且会生成一个结果，或者一个side effect。

　　在对一个Stream进行多次转换操作(Intermediate 操作)，每次都对Stream的每个元素进行转换，而且是执行多次，这样时间复杂度就是N（转换次数）个for循环里把所有操作都做掉的总和吗？其实不是这样的，转换操作都是lazy的，多个转换操作只会在Terminal操作的时候融合起来，一次循环完成。我们可以这样简单的理解，Stream里有个操作函数的集合，每次转换操作就是把转换函数放入这个集合中，在Terminal 操作的时候循环Stream对应的集合，然后对每个元素执行所有的函数。

　　还有一种操作被称为short-circuiting。用以指：对于一个intermediate操作，如果它接受的是一个无限大（infinite/unbounded）的Stream，但返回一个有限的新Stream；对于一个terminal操作，如果它接受的是一个无限大的Stream，但能在有限的时间计算出结果。
当操作一个无限大的 Stream，而又希望在有限时间内完成操作，则在管道内拥有一个short-circuiting操作是必要非充分条件。