Java 8 Stream 中间操作 - 元素处理

Question

在 Java 8 Stream API 中，中间操作（如 filter、map 和 peek）的描述被称为“...此流的元素...”。但是，像 filter 这样的流中间操作似乎会一次处理并返回一个单独的“元素”。例如，Java 8 stream operations execution order 问题（请参见输出）和答案。 filter 的 API 描述为“返回由与给定谓词匹配的此流的元素组成的流”。但是，Java 8 stream operations execution order 问题中提到的代码似乎会一次处理并返回单个元素。请澄清 API 中“元素”和代码中明显处理单个“元素”的不一致之处。

谢谢。

- lupchiazoem

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如答案评论中所提到的 - 我理解返回类型是Stream，但是为什么API使用“此流的元素”而不是“此流的元素”。 换句话说，为什么API在元素上使用复数形式？ - lupchiazoem

因为流表示元素序列，在大多数情况下，有多个元素通过给定的中间操作。 - Ousmane D.

Answer 1

是的，无状态的中间操作，如filter、map等，每次处理一个给定元素，前者将其发送到下一阶段（即流管道中的下一个中间操作），而后者在调用映射函数后始终将元素发送到后续操作。

例如：

...
.filter(n -> n % 2 == 0) // retain even numbers
.map(n -> n * n) // square it
...

一次只有一个元素会通过过滤操作，如果当前元素符合提供的谓词，则传递到映射操作。
我认为你理解了这部分内容，但是你可能困惑的是为什么在java文档中写道：
“返回由与给定谓词匹配的此流的元素组成的流。”
“返回一个流”，因为每个中间操作都返回一个新的流。
“由元素组成”，因为流表示元素的序列，在大多数情况下，有多个元素通过给定的中间操作。
这听起来像流存储它的元素，但实际上并不是这样。相反，它们可以存储在某些底层集合中或按需生成。

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值得注意的是，并不是每个中间操作都会一次将一个元素传递到下一个阶段。例如，sorted 中间操作会缓冲所有元素，直到它看到输入的结尾，然后将数据发送到后续阶段。

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作为一篇阅读材料，Brian Goetz 写了一篇关于 流(Streams)底层实现 的精彩文章。这篇文章详细介绍了流(Streams)的相关内容，并且有一个很好的动画演示来自 Tagir Valeev，展示了如何可视化流(Streams)。

- Ousmane D.

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相比我选择的答案，这个回答有更好的解释和深入见解。 - lupchiazoem

Answer 2

我认为这里存在一些误解，因为过滤器总是返回流。

请查看以下签名：

 Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);

因此，任何这样的中间操作都会返回流而不是一个元素，您可以像在流上执行的所有操作一样在它们上执行所有操作。

规范也是如此：

返回由与给定谓词匹配的此流的元素组成的流。

- Aman Chhabra

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我知道返回类型是Stream，但API为什么提到“这个流的元素”，而不是“这个流的元素”呢？换句话说，为什么API在元素上使用复数形式？ - lupchiazoem

根据规范，返回一个流，其中包含与给定谓词匹配的此流的元素。这意味着基于谓词，它包括原始流中的多个元素，因此是复数形式。 - Aman Chhabra

是的，就像你所提到的那样，有一些误解。我认为你的回答和评论很有道理。我已经点赞了两者。 - lupchiazoem

Answer 3

“map”和“filter”中间操作确实会对流中的每个元素执行，但它们会为自己返回一个新的流。

因此，当我们查看上述问题的代码时，筛选操作将对1-8的每个数字执行，但它将返回一个仅观察偶数{2,4,6,8}的新流。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8);
List<Integer> twoEvenSquares = numbers.stream().filter(n -> {
    System.out.println("filtering " + n);
    return n % 2 == 0;
}).map(n -> {
    System.out.println("mapping " + n);
    return n * n;
}).limit(2).collect(Collectors.toList());

没有断开，因为就像Stream 8 Stream API所说的那样，中间操作符例如filter(Function<?, Boolean> filteringFunction)会返回一个Stream。它们通过在输入流中对每个元素执行给定的filteringFunction，并返回一个新的输出流，只观察已被过滤为true的元素。

- Georg Muehlenberg

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有一点需要注意。流中没有元素。流只是一个连接到源并查看元素流动的对象。 - Ousmane D.

谢谢您澄清这个问题，我将编辑我的答案。 - Georg Muehlenberg

@Aominè 评论得好，甚至 Stream#of 基于 SpinedBuffer。 - Eugene