详解Java 8中Stream类型的“懒”操作

liuian 2025-01-09 14:26 42 浏览

在进入正题之前，我们需要先引入Java 8中Stream类型的两个很重要的操作：

中间和终结操作(Intermediate and Terminal Operation)

Stream类型有两种类型的方法：

中间操作(Intermediate Operation)
终结操作(Terminal Operation)

Stream之所以“懒”的秘密也在于每次在使用Stream时，都会连接多个中间操作，并在最后附上一个结束操作。像map和filter这样的方法是中间操作，在调用它们时，会立即返回另一个Stream对象。而对于reduce及findFirst这样的方法，它们是终结操作，在调用它们时才会执行真正的操作来获取需要的值。

从一个例子出发：

比如，当我们需要打印出第一个长度为3的大写名字时：

public class LazyStreams {
    private static int length(final String name) {
        System.out.println("getting length for " + name);
        return name.length;
    }
    private static String toUpper(final String name ) {
        System.out.println("converting to uppercase: " + name);
        return name.toUpperCase;
    }
    public static void main(final String[] args) {
        List<String> names = Arrays.asList("Brad", "Kate", "Kim", "Jack", "Joe", "Mike", "Susan", "George", "Robert", "Julia", "Parker", "Benson");

        final String firstNameWith3Letters = names.stream
 .filter(name -> length(name) == 3)
 .map(name -> toUpper(name))
 .findFirst
 .get;

        System.out.println(firstNameWith3Letters);
    }
}

你可能认为以上的代码会对names集合进行很多操作，比如首先遍历一次集合得到长度为3的所有名字，再遍历一次filter得到的集合，将名字转换为大写。最后再从大写名字的集合中找到第一个并返回。这也是经典情况下Java Eager处理的角度。此时的处理顺序是这样的

对于Stream操作，更好的代码阅读顺序是从右到左，或者从下到上。每一个操作都只会做到恰到好处。如果以Eager的视角来阅读上述代码，它也许会执行15步操作：

可是实际情况并不是这样，不要忘了Stream可是非常“懒”的，它不会执行任何多余的操作。实际上，只有当findFirst方法被调用时，filter和map方法才会被真正触发。而filter也不会一口气对整个集合实现过滤，它会一个个的过滤，如果发现了符合条件的元素，会将该元素置入到下一个中间操作，也就是map方法中。所以实际的情况是这样的：

控制台的输出是这样的：

getting length for Brad
getting length for Kate
getting length for Kim
converting to uppercase: Kim
KIM

为了更好理解上述过程，我们将Lambda表达式换为经典的Java写法，即匿名内部类的形式：

final String firstNameWith3Letters = names.stream
 .filter(new Predicate<String>{
 public boolean test(String name){
 return length(name)==3;
 }
 })
 .map(new Function<String,String>{
 public String apply(String name){
 return toUpper(name);
 }
 })
 .findFirst
 .get;

执行的见下图：

很容易得出之前的结论：只有当findFirst方法被调用时，filter和map方法才会被真正触发。而filter也不会一口气对整个集合实现过滤，它会一个个的过滤，如果发现了符合条件的元素，会将该元素置入到下一个中间操作，也就是map方法中。

当终结操作获得了它需要的答案时，整个计算过程就结束了。如果没有获得到答案，那么它会要求中间操作对更多的集合元素进行计算，直到找到答案或者整个集合被处理完毕。

JDK会将所有的中间操作合并成一个，这个过程被称为熔断操作(Fusing Operation)。因此，在最坏的情况下(即集合中没有符合要求的元素)，集合也只会被遍历一次，而不会像我们想象的那样执行了多次遍历。

为了看清楚在底层发生的事情，我们可以将以上对Stream的操作按照类型进行分割：

Stream<String> namesWith3Letters = names.stream
    .filter(name -> length(name) == 3)
    .map(name -> toUpper(name));

System.out.println("Stream created, filtered, mapped...");
System.out.println("ready to call findFirst...");

final String firstNameWith3Letters = namesWith3Letters.findFirst.get;

System.out.println(firstNameWith3Letters);

// 输出结果
// Stream created, filtered, mapped...
// ready to call findFirst...
// getting length for Brad
// getting length for Kate
// getting length for Kim
// converting to uppercase: Kim
// KIM

根据输出的结果，我们可以发现在声明了Strema对象上的中间操作之后，中间操作并没有被执行。只有当真正发生了findFirst调用之后，才会执行中间操作。

参考资料：

撸主比较懒，上文中的例子和前两张图来自于 CSDN 博主 dm_vincent 的博客《 [Java 8] (7) 利用Stream类型的"懒"操作》

java8 filter