Java 中 `getList().stream()` 的深入剖析

简介

在 Java 编程中，getList().stream() 是一个常用的代码模式，它结合了方法调用和 Java 8 引入的 Stream API。Stream API 为 Java 集合操作带来了一种全新的、声明式的编程方式，使得代码更加简洁、易读，并且能更好地利用多核处理器的并行计算能力。本文将详细介绍 getList().stream() 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助读者深入理解并高效使用这一特性。

1. 基础概念

1.1 `getList()` 方法

getList() 通常是一个返回 List 集合的方法。在实际应用中，这个方法可能从数据库、文件或其他数据源中获取数据并封装成 List。例如：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class DataSource {
    public List<String> getList() {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("cherry");
        return list;
    }
}

1.2 Stream API

Stream 是 Java 8 引入的一个新的抽象概念，它代表了一系列元素的序列，并支持各种聚合操作。Stream 并不存储数据，而是对数据进行处理。Stream 可以是顺序的，也可以是并行的。顺序流在单线程上处理元素，而并行流则利用多核处理器并行处理元素。

1.3 `getList().stream()`

getList().stream() 调用了 List 接口的 stream() 方法，该方法返回一个顺序流。通过这个流，我们可以对 List 中的元素进行各种操作。例如：

DataSource dataSource = new DataSource();
dataSource.getList().stream().forEach(System.out::println);

2. 使用方法

2.1 中间操作

中间操作是指在流上进行的操作，它会返回一个新的流。常见的中间操作包括 filter、map、sorted 等。

2.1.1 `filter`

filter 方法用于过滤流中的元素，只保留满足条件的元素。例如，过滤出长度大于 5 的字符串：

DataSource dataSource = new DataSource();
dataSource.getList().stream()
          .filter(s -> s.length() > 5)
          .forEach(System.out::println);

2.1.2 `map`

map 方法用于对流中的每个元素进行转换。例如，将所有字符串转换为大写：

DataSource dataSource = new DataSource();
dataSource.getList().stream()
          .map(String::toUpperCase)
          .forEach(System.out::println);

2.1.3 `sorted`

sorted 方法用于对流中的元素进行排序。例如，按字符串长度排序：

DataSource dataSource = new DataSource();
dataSource.getList().stream()
          .sorted((s1, s2) -> s1.length() - s2.length())
          .forEach(System.out::println);

2.2 终端操作

终端操作是指对流进行的最终操作，它会产生一个结果或副作用。常见的终端操作包括 forEach、collect、count 等。

2.2.1 `forEach`

forEach 方法用于对流中的每个元素执行指定的操作。例如，打印每个元素：

DataSource dataSource = new DataSource();
dataSource.getList().stream().forEach(System.out::println);

2.2.2 `collect`

collect 方法用于将流中的元素收集到一个集合中。例如，将流中的元素收集到一个新的 List 中：

import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

DataSource dataSource = new DataSource();
List<String> newList = dataSource.getList().stream()
                                 .filter(s -> s.length() > 5)
                                 .collect(Collectors.toList());

2.2.3 `count`

count 方法用于统计流中元素的数量。例如，统计长度大于 5 的字符串的数量：

DataSource dataSource = new DataSource();
long count = dataSource.getList().stream()
                       .filter(s -> s.length() > 5)
                       .count();
System.out.println(count);

3. 常见实践

3.1 数据筛选和转换

在实际应用中，我们经常需要从集合中筛选出满足条件的元素，并对这些元素进行转换。例如，从用户列表中筛选出年龄大于 18 岁的用户，并将他们的姓名收集到一个新的列表中：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

class User {
    private String name;
    private int age;

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }
}

public class UserDataSource {
    public List<User> getUsers() {
        List<User> users = new ArrayList<>();
        users.add(new User("Alice", 20));
        users.add(new User("Bob", 15));
        users.add(new User("Charlie", 25));
        return users;
    }

    public static void main(String[] args) {
        UserDataSource userDataSource = new UserDataSource();
        List<String> names = userDataSource.getUsers().stream()
                                           .filter(user -> user.getAge() > 18)
                                           .map(User::getName)
                                           .collect(Collectors.toList());
        System.out.println(names);
    }
}

3.2 数据聚合

我们可以使用 Stream API 进行数据聚合操作，例如求和、求平均值等。例如，计算用户的平均年龄：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

class User {
    private String name;
    private int age;

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }
}

public class UserDataSource {
    public List<User> getUsers() {
        List<User> users = new ArrayList<>();
        users.add(new User("Alice", 20));
        users.add(new User("Bob", 15));
        users.add(new User("Charlie", 25));
        return users;
    }

    public static void main(String[] args) {
        UserDataSource userDataSource = new UserDataSource();
        double averageAge = userDataSource.getUsers().stream()
                                          .mapToInt(User::getAge)
                                          .average()
                                          .orElse(0);
        System.out.println(averageAge);
    }
}

4. 最佳实践

4.1 避免重复创建流

在使用 Stream API 时，应尽量避免重复创建流。例如，如果你需要对同一个集合进行多次操作，可以将流保存到一个变量中：

DataSource dataSource = new DataSource();
java.util.stream.Stream<String> stream = dataSource.getList().stream();
List<String> filteredList = stream.filter(s -> s.length() > 5).collect(Collectors.toList());
// 注意：流只能使用一次，下面的代码会抛出 IllegalStateException
// List<String> upperCaseList = stream.map(String::toUpperCase).collect(Collectors.toList());

4.2 合理使用并行流

并行流可以利用多核处理器的并行计算能力，提高处理速度。但并行流也有一定的开销，例如线程创建和同步的开销。因此，只有在数据量较大且处理逻辑比较复杂时，才建议使用并行流。例如：

DataSource dataSource = new DataSource();
dataSource.getList().parallelStream()
          .filter(s -> s.length() > 5)
          .forEach(System.out::println);

4.3 避免在流操作中修改集合

在流操作中，应避免修改原始集合。因为流操作是基于集合的快照进行的，如果在流操作过程中修改了集合，可能会导致不可预期的结果。

5. 小结

getList().stream() 结合了 List 集合和 Stream API，为 Java 集合操作带来了更加简洁、高效的编程方式。通过中间操作和终端操作，我们可以对集合中的元素进行筛选、转换、聚合等操作。在使用时，应注意避免重复创建流、合理使用并行流，并避免在流操作中修改集合。

6. 参考资料

Java 8 Stream API 官方文档
《Effective Java》第三版，Joshua Bloch 著

Java 中 getList().stream() 的深入剖析

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