Java 中的 Iterator 与 Stream：深入探索与实践

简介

在 Java 编程中，Iterator 和 Stream 是处理集合数据的重要工具。Iterator 是 Java 早期版本中用于遍历集合元素的接口，而 Stream 则是 Java 8 引入的新特性，它为集合元素的处理提供了一种更高效、更具表现力的方式。理解并掌握这两个概念对于编写简洁、高效的 Java 代码至关重要。本文将详细介绍 Iterator 和 Stream 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。

1. Iterator 基础概念

Iterator 是 Java 集合框架中的一个接口，它提供了一种标准的方式来遍历集合中的元素。Iterator 接口定义了三个主要方法： - hasNext()：判断集合中是否还有下一个元素。 - next()：返回集合中的下一个元素。 - remove()：从集合中移除当前元素（可选操作）。

2. Iterator 使用方法

以下是一个使用 Iterator 遍历 ArrayList 的示例：

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

public class IteratorExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String element = iterator.next();
            System.out.println(element);
        }
    }
}

在上述代码中，首先创建了一个 ArrayList 并添加了几个元素。然后通过调用 list.iterator() 获取一个 Iterator 对象，使用 while 循环结合 hasNext() 和 next() 方法遍历集合中的元素并打印出来。

3. Stream 基础概念

Stream 是 Java 8 引入的一种新的抽象概念，它代表了一组支持顺序和并行聚合操作的元素序列。Stream 不是数据结构，它不存储数据，而是提供了一种对数据进行处理的方式。Stream 操作可以分为中间操作和终端操作： - 中间操作：返回一个新的 Stream，可以链式调用多个中间操作。例如 filter、map、sorted 等。 - 终端操作：执行 Stream 操作并返回结果。例如 forEach、collect、count 等。

4. Stream 使用方法

以下是一个使用 Stream 对 ArrayList 进行操作的示例：

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

public class StreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        // 过滤出长度大于 5 的元素
        List<String> filteredList = list.stream()
              .filter(element -> element.length() > 5)
              .collect(Collectors.toList());

        // 打印过滤后的列表
        filteredList.forEach(System.out::println);
    }
}

在上述代码中，首先创建了一个 ArrayList 并添加了几个元素。然后通过调用 list.stream() 获取一个 Stream 对象，使用 filter 中间操作过滤出长度大于 5 的元素，最后使用 collect 终端操作将过滤后的元素收集到一个新的 List 中并打印出来。

5. 常见实践

使用 Iterator 进行集合遍历

在需要对集合进行简单遍历并可能需要在遍历过程中移除元素时，Iterator 是一个不错的选择。例如：

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

public class IteratorRemovalExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);

        Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer element = iterator.next();
            if (element % 2 == 0) {
                iterator.remove();
            }
        }

        System.out.println(list);
    }
}

在上述代码中，使用 Iterator 遍历 List，并移除所有偶数元素。

使用 Stream 进行数据处理

当需要对集合进行复杂的数据处理，如过滤、映射、归约等操作时，Stream 更加方便和高效。例如：

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

public class StreamDataProcessingExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);

        // 计算平方和
        int sumOfSquares = list.stream()
              .mapToInt(i -> i * i)
              .sum();

        System.out.println(sumOfSquares);
    }
}

在上述代码中，使用 Stream 对 List 中的每个元素进行平方操作，并计算平方和。

6. 最佳实践

选择合适的遍历方式

如果只是简单地遍历集合，并且不需要进行复杂的数据处理，for - each 循环是一个简洁的选择。
如果需要在遍历过程中移除元素，必须使用 Iterator。
如果需要进行复杂的数据处理，如过滤、映射、归约等操作，Stream 是首选。

优化 Stream 操作

避免不必要的中间操作：尽量减少链式调用中不必要的中间操作，以提高性能。
使用并行流：对于大规模数据集，使用并行流可以充分利用多核处理器的优势，提高处理速度。例如：

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

public class ParallelStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            list.add(i);
        }

        long startTime = System.currentTimeMillis();
        list.parallelStream()
              .filter(i -> i % 2 == 0)
              .collect(Collectors.toList());
        long endTime = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("Parallel stream time: " + (endTime - startTime) + " ms");

        startTime = System.currentTimeMillis();
        list.stream()
              .filter(i -> i % 2 == 0)
              .collect(Collectors.toList());
        endTime = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("Sequential stream time: " + (endTime - startTime) + " ms");
    }
}

在上述代码中，对比了并行流和顺序流处理大数据集时的性能差异。

7. 小结

Iterator 和 Stream 是 Java 中处理集合数据的重要工具。Iterator 提供了一种传统的遍历集合的方式，适用于简单遍历和需要在遍历中移除元素的场景；而 Stream 则为复杂的数据处理提供了一种更高效、更具表现力的方式。在实际编程中，应根据具体需求选择合适的遍历和处理方式，以提高代码的可读性和性能。