JavaStreamAPI终端操作全解析

# Java Stream API 终端操作全解析 ## 1. 并行代码要求 在编写并行代码时，有两个重要的要求需要遵守。首先，并行执行代码可能会导致结果不一致。例如，某些代码在串行执行时结果正常，但并行运行时结果会在 1 到 4 或者 995 到 999 之间不可预测地变化，这完全取决于实现的评估顺序，所以应避免编写这样的代码。 其次，管道在执行终端操作时必须避免修改其数据源。以集合为例，这一规则类似于迭代时不允许进行结构修改的规则。非线程安全集合创建的“快速失败”迭代器，如果检测到集合有结构变化（除了它自己所做的更改），会抛出 `ConcurrentModificationException`。类似地，迭代器的并行类似物 `Spliterator` 在终端操作执行期间检测到流数据源有结构变化时，也会有类似的行为。需要注意的是，`ConcurrentModificationException` 仅在结构修改（通常是集合元素的添加或删除）时抛出，但流的规则禁止任何线程对流数据源进行任何修改，包括更改元素的值，不过线程安全的并发数据结构除外。这一限制虽然看似严格，但它使得在非线程安全的数据结构上执行并行操作成为可能。 ## 2. 终端操作分类 终端操作可以将流转换为非流结果，从某种意义上说，它们可以将流的内容缩减为单个值。终端操作可进一步分为以下三类： - **搜索操作**：用于检测满足某些约束条件的流元素，有时可能无需处理整个流就能完成操作。 - **归约操作**：返回一个以某种方式总结流元素值的单个值。 - **副作用操作**：该类别仅包含 `forEach` 和 `forEachOrdered` 两个方法，是 `Stream API` 中设计用于带有副作用的终端操作。 下面是终端操作分类的 mermaid 流程图： ```mermaid graph LR A[终端操作] --> B[搜索操作] A --> C[归约操作] A --> D[副作用操作] ``` ## 3. 搜索操作 搜索操作可分为匹配操作和查找操作两组。 ### 3.1 匹配操作 匹配操作包括 `anyMatch`、`allMatch` 和 `noneMatch`，用于测试流元素是否满足给定的 `Predicate`： - `anyMatch(Predicate<T>)`：找到满足谓词的元素时返回 `true`。 - `allMatch(Predicate<T>)`：找到不满足谓词的元素时返回 `false`，否则返回 `true`。需要注意的是，对空流调用 `allMatch` 始终会返回 `true`。 - `noneMatch(Predicate<T>)`：找到满足谓词的元素时返回 `false`，否则返回 `true`。 以下是一个示例，用于判断历史书籍是否能放在高度仅为 19 厘米的顶层书架上： ```java boolean withinShelfHeight = library.stream() .filter(b -> b.getTopic() == HISTORY) .allMatch(b -> b.getHeight() < 19); ``` ### 3.2 查找操作 查找操作包括 `findFirst` 和 `findAny`，它们返回一个流元素（如果有可用元素），可能返回的元素不同。返回类型为 `Optional<T>`，这是 Java 8 引入的一个类，用于避免返回 `null` 带来的问题。 以下是一个错误的示例： ```java Book anyBook = library.stream() .filter(b -> b.getAuthors().contains("Herman Melville")) .findAny(); // doesn't compile ``` 正确的示例如下： ```java Optional<Book> anyBook = library.stream() .filter(b -> b.getAuthors().contains("Herman Melville")) .findAny(); ``` `findFirst` 在流有序的情况下，会返回它遇到的第一个元素。例如，查找包含字符串 “findFirst” 的第一行： ```java BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("Mastering.tex")); Optional<String> line = br.lines() .filter(s -> s.contains("findFirst")) .findFirst(); ``` 如果问题是要在有序流中找到第一个匹配项，应使用 `findFirst`；如果在有序流中任何匹配项都可以接受，则应优先使用 `findAny`，因为 `findFirst` 可能会做一些不必要的排序工作。对于无序流，这两个方法没有实际区别。搜索操作与惰性求值相结合，可以节省处理工作，因为匹配方法在找到满足（或不满足）谓词的单个元素后就可以返回，查找方法在找到单个元素时也会返回，惰性求值确保在这些情况下，流处理停止时不会生成（或很少生成）不必要的元素。 ## 4. `Optional` 类 `Optional<T>` 类用于处理空流的情况，避免使用 `null` 带来的问题。它提供了以下几个常用方法： | 方法 | 描述 | | ---- | ---- | | `get()` | 如果存在值，则返回该值；否则抛出 `NoSuchElementException`，这是访问 `Optional` 内容的“不安全”操作，通常应避免使用。 | | `ifPresent(Consumer<T>)` | 如果存在值，则将其提供给 `Consumer`；否则不做任何操作。 | | `isPresent()` | 如果存在值，则返回 `true`；否则返回 `false`。 | | `orElse(T)` | 如果存在值，则返回该值；否则返回参数。 | | `orElseGet(Supplier<T>)` | 如果存在值，则返回该值；否则调用 `Supplier` 并返回其结果。 | 以下是使用 `Optional` 类的示例： ```java Optional<Book> anyBook = library.stream() .filter(b -> b.getAuthors().contains("Herman Melville")) .findAny(); if (anyBook.isPresent()) { Book book = anyBook.get(); // 处理书籍 } else { ```