函数式编程 Stream 接口真的有那么好用吗？

你可能没意识到 Java 对函数式编程的重视程度，看看 Java 8 加入函数式编程扩充多少功能就清楚了。Java 8 之所以费这么大功夫引入函数式编程，原因有二：

1. 代码简洁函数式编程写出的代码简洁且意图明确，使用 stream 接口让你从此告别 for 循环。

2. 多核友好，Java 函数式编程使得编写并行程序从未如此简单，你需要的全部就是调用一下parallel()方法。

今天主要分享 stream，也就是 Java 函数式编程的主角。对于 Java 7 来说 stream 完全是个陌生东西，stream 并不是某种数据结构，它只是数据源的一种视图。这里的数据源可以是一个数组，Java 容器或 I/O channel 等。正因如此要得到一个 stream 通常不会手动创建，而是调用对应的工具方法，比如：

• 调用Collection.stream()或者Collection.parallelStream()方法

• 调用Arrays.stream(T[] array)方法

常见的 stream 接口继承关系如图：

stream 接口继承自BaseStream，其中IntStream, LongStream, DoubleStream对应三种基本类型（int, long, double，注意不是包装类型），Stream对应所有剩余类型的 stream 视图。为不同数据类型设置不同 stream 接口，可以

• 提高性能，

• 增加特定接口函数

你可能会奇怪为什么不把IntStream等设计成Stream的子接口？毕竟这接口中的方法名大部分是一样的。答案是这些方法的名字虽然相同，但是返回类型不同，如果设计成父子接口关系，这些方法将不能共存，因为 Java 不允许只有返回类型不同的方法重载。

虽然大部分情况下 stream 是容器调用Collection.stream()方法得到的，但 stream 和 collections 有以下不同：

• 无存储。stream 不是一种数据结构，它只是某种数据源的一个视图，数据源可以是一个数组，Java 容器或 I/O channel 等。

• 为函数式编程而生。对 stream 的任何修改都不会修改背后的数据源，比如对 stream 执行过滤操作并不会删除被过滤的元素，而是会产生一个不包含被过滤元素的新 stream。

• 惰式执行。stream 上的操作并不会立即执行，只有等到用户真正需要结果的时候才会执行。

• 可消费性。stream 只能被“消费”一次，一旦遍历过就会失效，就像容器的迭代器那样，想要再次遍历必须重新生成。

对 stream 的操作分为为两类，中间操作(intermediate operations)和结束操作(terminal operations)，二者特点是：

• 中间操作总是会惰式执行，调用中间操作只会生成一个标记了该操作的新 stream，仅此而已。

• 结束操作会触发实际计算，计算发生时会把所有中间操作积攒的操作以 pipeline 的方式执行，这样可以减少迭代次数。计算完成之后 stream 就会失效。

如果你熟悉 Apache Spark RDD，对 stream 的这个特点应该不陌生。

下表汇总了Stream接口的部分常见方法：

区分中间操作和结束操作最简单的方法，就是看方法的返回值，返回值为 stream 的大都是中间操作，否则是结束操作。

stream 方法使用

stream 跟函数接口关系非常紧密，没有函数接口 stream 就无法工作。回顾一下：函数接口是指内部只有一个抽象方法的接口。通常函数接口出现的地方都可以使用 Lambda 表达式，所以不必记忆函数接口的名字。

我们对forEach()方法并不陌生，在Collection中我们已经见过。方法签名为void forEach(Consumer<? super E> action)，作用是对容器中的每个元素执行action指定的动作，也就是对元素进行遍历。

由于forEach()是结束方法，上述代码会立即执行，输出所有字符串。

filter()

函数原型为Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate)，作用是返回一个只包含满足predicate条件元素的Stream。

上述代码将输出为长度等于 3 的字符串you和too。注意，由于filter()是个中间操作，如果只调用filter()不会有实际计算，因此也不会输出任何信息。

distinct()

函数原型为Stream<T> distinct()，作用是返回一个去除重复元素之后的Stream。

sorted()

排序函数有两个，一个是用自然顺序排序，一个是使用自定义比较器排序，函数原型分别为Stream<T>　sorted()和Stream<T>　sorted(Comparator<? super T> comparator)。

map()

函数原型为<R> Stream<R> map(Function<? super T,? extends R> mapper)，作用是返回一个对当前所有元素执行执行mapper之后的结果组成的Stream。直观的说，就是对每个元素按照某种操作进行转换，转换前后Stream中元素的个数不会改变，但元素的类型取决于转换之后的类型。

上述代码将输出原字符串的大写形式。

flatMap()

函数原型为<R> Stream<R> flatMap(Function<? super T,? extends Stream<? extends R>> mapper)，作用是对每个元素执行mapper指定的操作，并用所有mapper返回的Stream中的元素组成一个新的Stream作为最终返回结果。说起来太拗口，通俗的讲flatMap()的作用就相当于把原 stream 中的所有元素都"摊平"之后组成的Stream，转换前后元素的个数和类型都可能会改变。

上述代码中，原来的stream中有两个元素，分别是两个List<Integer>，执行flatMap()之后，将每个List都“摊平”成了一个个的数字，所以会新产生一个由 5 个数字组成的Stream。所以最终将输出 1~5 这 5 个数字。