深入理解Stream之原理剖析

开发 前端
中间操作只会进行操作记录,只有结束操作才会触发实际的计算,可以理解为懒加载,这也是Stream在操作大对象迭代计算的时候如此高效的原因之一。

今天我们先来聊聊深入理解Stream之原理剖析。

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Stream操作分类

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Stream中的操作可以分为两大类:中间操作与结束操作。

中间操作只会进行操作记录,只有结束操作才会触发实际的计算,可以理解为懒加载,这也是Stream在操作大对象迭代计算的时候如此高效的原因之一。

中间操作分为有状态操作与无状态操作,无状态是指元素的处理不受之前元素的影响,有状态是指该操作只有拿到所有元素之后才能继续下去。这也比较好理解,比如有状态的distinct()去重方法,你说他能不关心其他值吗?当然不能,他必须拿到所有元素才知道当前迭代的元素是否被重复。

结束操作可以分为短路与非短路操作,这个应该很好理解,短路是指遇到某些符合条件的元素就可以得到最终结果;而非短路是指必须处理所有元素才能得到最终结果。

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。

Stream结构分析

让我们先简单看看下面一段代码:

List<String> list = new ArrayList<>();

// 获取stream1
Stream<String> stream1 = list.stream();

// stream1通过filter后得到stream2
Stream<String> stream2 = stream1.filter("lige"::equals);

// stream1与stream2是同一个对象吗?
System.out.println("stream1.equals(stream2) = " + stream1.equals(stream2));
System.out.println("stream1.classTypeName = " + stream1.getClass().getTypeName());
System.out.println("stream2.classTypeName = " + stream2.getClass().getTypeName());

// 结果
// stream1.equals(stream2) = false
// stream1.classTypeName = java.util.stream.ReferencePipeline$Head
// stream1.classTypeName = java.util.stream.ReferencePipeline$2

很明显,stream1与stream2不是同一个对象,并且他们不是同一个实现类。stream1的实现类为ReferencePipeline$Head,而stream2的实现类为一个匿名内部类,让我们进步一分析其源码,所谓源码之下,无所遁形。

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让我们再看看stream2:

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通过分析我们可以发现,stream2的实现类是StatelessOp,所以就形成了这样一个结构。

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每一次中间操作都会生成一个新的Stream,如果是无状态操作则实现类是StatelessOp,如果是有状态操作则实现类是StatefulOp。

让我们再来看一下他们之间的继承关系。

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再聊核心Sink

实际上Stream API内部实现的的本质,就是如何重载Sink的这四个接口方法。

我还是从一个示例开始:

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("zhangsan");
list.add("ligeligeligeligeligeligeligeligeligelige");
list.add("lisilisilisilisilisilisilisilisi");
list.add("wangwu");
list.add("ligejishuligejishuligejishuligejishuligejishuligejishuligejishu");

List<String> resultList = list.stream()
.filter(it -> it.contains("li"))// 1. 只要包含li的数据
.filter(it -> it.contains("lige"))// 2. 只要包含lige的数据
.map(String::toUpperCase)// 3. 对符合的数据作进一步加工,转换大写
.map(String::toLowerCase)// 4. 对符合的数据作进一步加工,转换小写
.collect(Collectors.toList());

resultList.forEach(System.out::println);

不管是filter方法,还是map方法,还是其他的方法,我们进入到源码层面,返回了一个StatelessOp对象或StatefulOp对象。

所以便产生了这样一个结构:

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但是和Sink有什么关系呢?我们再反过来看filter或者map源码:

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直接返回一个匿名StatelessOp对象,实现opWrapSink方法,opWrapSink方法是传入一个sink对象,返回另一个sink对象。而新的sink对象拥有传入sink对象的引用。

但是,这个代码有什么用?什么时候触发的呢?

别着急,让我们从collect(Collectors.toList())方法开始一步一步深入研究。

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这里我们需要知道传入xx方法的终端对象是ReduceOp,并且这个ReduceOp对象在makeSink的时候返回了一个匿名内部类ReducingSink对象。

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这里的makeSink我们提到过,返回一个匿名内部类ReducingSink对象。

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先执行warpSink,再执行copyInto。直白一点就是先对Sink进行包装成链式Sink,再遍历Sink链进行copy到结果对象里。这里的两个步骤都很核心。

先看warpSink:

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首次进入时,this为最后的Stream对象,从尾部向头部遍历

每次遍历时,得到一个新的Stream对象,一般为StatelessOp对象或StatefulOp对象

执行操作对象的opWrapSink方法,这就是匿名实现了。

在每一个opWrapSink实现方法中,传入了上一个sink,最终得到一个sink链表

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最后,返回Sink链的头节点,内部称之为包装好的sink,命名wrapped,随后,准备进行执行begin,forEachRemaining,end方法。

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forEachRemaning最终调用accept方法。

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动画理解Stream执行流程

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责任编辑:武晓燕 来源: 李哥技术
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