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深入理解Java Stream流水线

发布：互联网
来源：互联网
时间：2018-02-10 17:40

我们已经学会如何使用Stream API,用起来真的很爽,但简洁的方法下面似乎隐藏着无尽的秘密,如此强大的API是如何实现的呢?Pipeline是怎么执行的,每次方法调用都会导致一次迭代吗?自动并行又是怎么做到的,线程个数是多少?本节我们学习Stream流水线的原理,这是Stream实现的关键所在。潍坊培训学校.

    我们看到ArrayList.forEach方法的主要逻辑就是一个for循环,在该for循环里不断调用action.accept回调方法完成对元素的遍历.这完全没有什么新奇之处,回调方法在Java GUI的监听器中广泛使用.Lambda表达式的作用就是相当于一个回调方法,这很好理解.

    中大量使用Lambda表达式作为回调方法,但这并不是关键.理解Stream我们更关心的是另外两个问题:流水线和自动并行.使用Stream或许很容易写入如下形式的代码:

    上述代码求出以字母A开头的字符串的最大长度,一种直白的方式是为每一次函数调用都执一次迭代,这样做能够实现功能,但效率上肯定是无法接受的.类库的实现着使用流水线(Pipeline)的方式巧妙的避免了多次迭代,其基本思想是在一次迭代中尽可能多的执行用户指定的操作.为讲解方便我们汇总了Stream的所有操作.

    上的所有操作分为两类:中间操作和结束操作,中间操作只是一种标记,只有结束操作才会触发实际计算.中间操作又可以分为无状态的(Stateless)和有状态的(Stateful),无状态中间操作是指元素的处理不受前面元素的影响,而有状态的中间操作必须等到所有元素处理之后才知道最终结果,比如排序是有状态操作,在读取所有元素之前并不能确定排序结果;结束操作又可以分为短路操作和非短路操作,短路操作是指不用处理全部元素就可以返回结果,比如找到第一个满足条件的元素.之所以要进行如此精细的划分,是因为底层对每一种情况的处理方式不同.

    一种直白的实现方式

    仍然考虑上述求最长字符串的程序,一种直白的流水线实现方式是为每一次函数调用都执一次迭代,并将处理中间结果放到某种数据结构中(比如数组,容器等).具体说来,就是调用filter方法后立即执行,选出所有以A开头的字符串并放到一个列表list1中,之后让list1传递给mapToInt方法并立即执行,生成的结果放到list2中,最后遍历list2找出最大的数字作为最终结果.程序的执行流程如如所示:

    这样做实现起来非常简单直观,但有两个明显的弊端:

    迭代次数多.迭代次数跟函数调用的次数相等.

    频繁产生中间结果.每次函数调用都产生一次中间结果,存储开销无法接受.

    这些弊端使得效率底下,根本无法接受.如果不使用Stream API我们都知道上述代码该如何在一次迭代中完成,大致是如下形式:

    保留以A开头的字符串 int len = str.length;// 2. mapToInt, 转换成长度 longest = Math.max(len, longest);// 3. max, 保留最长的长度

采用这种方式我们不但减少了迭代次数,也避免了存储中间结果,显然这就是流水线,因为我们把三个操作放在了一次迭代当中.只要我们事先知道用户意图,总是能够采用上述方式实现跟Stream API等价的功能,但问题是Stream类库的设计者并不知道用户的意图是什么.如何在无法假设用户行为的前提下实现流水线,是类库的设计者要考虑的问题.

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