java理論基礎Stream管道流狀態與並行操作

2022-03-16 13:00:54

一、回顧Stream管道流操作

通過前面章節的學習，我們應該明白了Stream管道流的基本操作。我們來回顧一下：

源操作：可以將陣列、集合類、行文字檔案轉換成管道流Stream進行資料處理
中間操作：對Stream流中的資料進行處理，比如：過濾、資料轉換等等
終端操作：作用就是將Stream管道流轉換為其他的資料型別。這部分我們還沒有講，我們後面章節再介紹。

看下面的腦圖，可以有更清晰的理解：

二、中間操作：有狀態與無狀態

其實在程式設計師程式設計中，經常會接觸到“有狀態”，“無狀態”，絕大部分的人都比較蒙。而且在不同的場景下，“狀態”這個詞的含義似乎有所不同。但是“萬變不離其宗”，理解“狀態”這個詞在程式設計領域的含義，筆者教給大家幾個關鍵點：

狀態通常代表公用資料，有狀態就是有“公用資料”
因為有公用的資料，狀態通常需要額外的儲存。
狀態通常被多人、多使用者、多執行緒、多次操作，這就涉及到狀態的管理及變更操作。

是不是更蒙了？舉個例子，你就明白了

web開發session就是一種狀態，存取者的多次請求關聯同一個session，這個session需要儲存到記憶體或者redis。多次請求使用同一個公用的session，這個session就是狀態資料。

vue的vuex的store就是一種狀態，首先它是多元件公用的，其次是不同的元件都可以修改它，最後它需要獨立於元件單獨儲存。所以store就是一種狀態。

回到我們的Stream管道流

filter與map操作，不需要管道流的前面後面元素相關，所以不需要額外的記錄元素之間的關係。輸入一個元素，獲得一個結果。

sorted是排序操作、distinct是去重操作。像這種操作都是和別的元素相關的操作，我自己無法完成整體操作。就像班級點名就是無狀態的，喊到你你就答到就可以了。如果是班級同學按大小個排序，那就不是你自己的事了，你得和周圍的同學比一下身高並記住，你記住的這個身高比較結果就是一種“狀態”。所以這種操作就是有狀態操作。

三、Limit與Skip管道資料擷取

List<String> limitN = Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur")
        .limit(2)
        .collect(Collectors.toList());
List<String> skipN = Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur")
        .skip(2)
        .collect(Collectors.toList());

limt方法傳入一個整數n，用於擷取管道中的前n個元素。經過管道處理之後的資料是：[Monkey, Lion]。skip方法與limit方法的使用相反，用於跳過前n個元素，擷取從n到末尾的元素。經過管道處理之後的資料是： [Giraffe, Lemur]

四、Distinct元素去重

我們還可以使用distinct方法對管道中的元素去重，涉及到去重就一定涉及到元素之間的比較，distinct方法時呼叫Object的equals方法進行物件的比較的，如果你有自己的比較規則，可以重寫equals方法。

List<String> uniqueAnimals = Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur", "Lion")
        .distinct()
        .collect(Collectors.toList());

上面程式碼去重之後的結果是： ["Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur"]

五、Sorted排序

預設的情況下，sorted是按照字母的自然順序進行排序。如下程式碼的排序結果是：[Giraffe, Lemur, Lion, Monkey]，字數按順序G在L前面，L在M前面。第一位無法區分順序，就比較第二位字母。

List<String> alphabeticOrder = Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur")
        .sorted()
        .collect(Collectors.toList());

排序我們後面還會給大家詳細的講一講，所以這裡暫時只做一個瞭解。

六、序列、並行與順序

通常情況下，有狀態和無狀態操作不需要我們去關心。除非？：你使用了並行操作。

還是用班級按身高排隊為例：班級有一個人負責排序，這個排序結果最後就會是正確的。那如果有2個、3個人負責按大小個排隊呢？最後可能就亂套了。一個人只能保證自己排序的人的順序，他無法保證其他人的排隊順序。

序列的好處是可以保證順序，但是通常情況下處理速度慢一些
並行的好處是對於元素的處理速度快一些（通常情況下），但是順序無法保證。這可能會導致進行一些有狀態操作的時候，最後得到的不是你想要的結果。

Stream.of("Monkey", "Lion", "Giraffe", "Lemur", "Lion")
        .parallel()
        .forEach(System.out::println);

parallel()函數表示對管道中的元素進行並行處理，而不是序列處理。但是這樣就有可能導致管道流中後面的元素先處理，前面的元素後處理，也就是元素的順序無法保證。

如果資料量比較小的情況下，不太能觀察到，資料量大的話，就能觀察到資料順序是無法保證的。

Monkey
Lion
Lemur
Giraffe
Lion

通常情況下，parallel()能夠很好的利用CPU的多核處理器，達到更好的執行效率和效能，建議使用。但是有些特殊的情況下，parallel並不適合：深入瞭解請看這篇文章： https://blog.oio.de/2016/01/22/parallel-stream-processing-in-java-8-performance-of-sequential-vs-parallel-stream-processing/

該文章中幾個觀點，說明並行操作的適用場景：

資料來源易拆分：從處理效能的角度，parallel()更適合處理ArrayList，而不是LinkedList。因為ArrayList從資料結構上講是基於陣列的，可以根據索引很容易的拆分為多個。

適用於無狀態操作：每個元素的計算都不得依賴或影響任何其他元素的計算，的運算場景。基礎資料來源無變化：從文字檔案裡面邊讀邊處理的場景，不適合parallel()並行處理。parallel()一開始就容量固定的集合，這樣能夠平均的拆分、同步處理。

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