Java 8中的Stream其實是函數語言程式設計裡Monad的概念，關於Monad，可以參考這篇文章。Monad就是一種設計模式，表示將一個運算過程，通過函式拆解成互相連線的多個步驟，有點鏈式操作的感覺。先看一個例子：

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class Snippet{
    public static void main(String[] args){
        List<String> myList = Arrays.asList("a1", "a2", "b1", "c2", "c1");

        myList
            .stream()
            .filter(s -> s.startsWith("c"))       //過濾以c字母開頭
            .map(String::toUpperCase)        //字元變成大寫
            .sorted()                                     //排序
            .forEach(System.out::println);    //列印輸出
    }
}
 

       Stream 不是集合元素，它不是資料結構並不儲存資料，它是有關演算法和計算的，它更像一個高階版本的 Iterator。原始版本的 Iterator，使用者只能顯式地一個一個遍歷元素並對其執行某些操作；高階版本的 Stream，使用者只要給出需要對其包含的元素執行什麼操作，比如 “過濾掉長度大於 10 的字串”等，Stream 會隱式地在內部進行遍歷，做出相應的資料轉換。

       Stream 就如同一個迭代器（Iterator），單向，不可往復，資料只能遍歷一次，遍歷過一次後即用盡了，就好比流水從面前流過，一去不復返。

       而和迭代器又不同的是，Stream 可以並行化操作，迭代器只能命令式地、序列化操作。顧名思義，當使用序列方式去遍歷時，每個 item 讀完後再讀下一個 item。而使用並行去遍歷時，資料會被分成多個段，其中每一個都在不同的執行緒中處理，然後將結果一起輸出。Stream 的並行操作依賴於 Java7 中引入的 Fork/Join 框架（JSR166y）來拆分任務和加速處理過程。Java 的並行 API 演變歷程基本如下：

• 1.0-1.4 中的 java.lang.Thread
• 5.0 中的 java.util.concurrent
• 6.0 中的 Phasers 等
• 7.0 中的 Fork/Join 框架
• 8.0 中的 Lambda

當我們使用一個流的時候，通常包括三個基本步驟：

獲取一個數據源（source）→ 資料轉換→執行操作獲取想要的結果，每次轉換原有 Stream 物件不改變，返回一個新的 Stream 物件（可以有多次轉換），這就允許對其操作可以像鏈條一樣排列，變成一個管道，如下圖所示。

1）使用Stream的好處

• 對JAVA集合（Collection）物件功能的增強，方便對集合進行各類操作（過濾、求最大值、最小值、統計等）；
• 更加高效，提供序列和並行兩種模式，並行模式利用了Java中的fork/join框架技術，能充分利用多核處理器，提高程式併發性；

2）Stream的特徵

• 不是一個數據結構，為lambda表示式設計（所有 Stream 的操作必須以 lambda 表示式為引數）。它沒有內部儲存，它只是用操作管道從 source（資料結構、陣列、generator function、IO channel）抓取資料。它也絕不修改自己所封裝的底層資料結構的資料。例如 Stream 的 filter 操作會產生一個不包含被過濾元素的新 Stream，而不是從 source 刪除那些元素。
• 不支援索引訪問
• 很方便的作為陣列或集合輸出
• 支援惰性訪問（Intermediate都是惰性的）
• 平行計算
• 資料來源本身可以是無限的（集合有固定大小，Stream 則不必。limit(n) 和 findFirst() 這類的 short-circuiting 操作可以對無限的 Stream 進行運算並很快完成）

3）Stream的操作型別：
Stream有兩種型別的操作：Intermediate操作和Terminal操作。類似於spark中RDD的transform和action兩種操作。

• Intermediate（中間操作）：Stream可以進行多次的Intermediate操作，如前面開頭的那個例子，其中filter、map、sorted都是Intermediate操作，注意該操作是惰性化的，當呼叫到該方法的時候，並沒有真正開始Stream的遍歷。
• Terminal（結束操作）：一個Stream只有一個Terminal操作，如前面開頭的那個例子，其中forEach就是Terminal操作，Terminal操作是Stream的最後一個操作，這時候才會開始Stream的遍歷。

4）惰性化：

在對於一個 Stream 進行多次轉換操作 (Intermediate 操作)，每次都對 Stream 的每個元素進行轉換，而且是執行多次，這樣時間複雜度就是 N（轉換次數）個 for 迴圈裡把所有操作都做掉的總和嗎？其實不是這樣的，轉換操作都是 lazy 的，多個轉換操作只會在 Terminal 操作的時候融合起來，一次迴圈完成。我們可以這樣簡單的理解，Stream 裡有個操作函式的集合，每次轉換操作就是把轉換函式放入這個集合中，在 Terminal 操作的時候迴圈 Stream 對應的集合，然後對每個元素執行所有的函式。

5）短路（short-circuiting）：

       有些操作不需要處理整個流就能得到結果。例如，假設你需要對一個用 and 連起來的大布爾表示式求值。不管表示式有多長，你只需找到一個表示式為 false ，就可以推斷整個表示式將返回 false ，所以用不著計算整個表示式。這就是短路。對於流而言，某些操作（例如 allMatch 、 anyMatch 、 noneMatch 、 findFirst 和 findAny ）不用處理整個流就能得到結果。只要找到一個元素，就可以有結果了。同樣， limit 也是一個短路操作：它只需要建立一個給定大小的流，而用不著處理流中所有的元素。在碰到無限大小的流的時候，這種操作就有用了：它們可以把無限流變成有限流。

• 對於一個 intermediate 操作，如果它接受的是一個無限大（infinite/unbounded）的 Stream，但返回一個有限的新 Stream。
• 對於一個 terminal 操作，如果它接受的是一個無限大的 Stream，但能在有限的時間計算出結果。

當操作一個無限大的 Stream，而又希望在有限時間內完成操作，則在管道內擁有一個 short-circuiting 操作是必要非充分條件。

1、java.util.stream包結構：

1）BaseStream介面：

所有Stream介面型別的父介面，它繼承自AutoClosable介面，定義了一些所有Stream都具備的行為。因為繼承自AutoClosable介面，所以所有的Stream型別都可以用在Java 7中引入的try-with-resource機制中，以達到自動關閉資源的目的。實際上，只有當Stream是通過Socket，Files IO等方式建立的時候，才需要關閉它。對於來自於Collections，Arrays的Stream，是不需要關閉的。

2）Stream介面：

定義了眾多Stream應該具有的行為。最典型的比如filter方法族，map方法族以及reduce方法族，這三個方法是FunctionalProgramming的標誌。典型的Map-Filter-Reduce模式便是依靠這三個操作來定義的。

與此同時，Stream介面還定義了一些用於建立Stream的static方法，建立的Stream可以是有限的，也可以是無限的。有限的很好理解，而無限Stream是一個新概念，通過generate方法或者iterate方法實現。

3）IntStream, LongStream 以及 DoubleStream 介面：

基於原生型別int, long以及double的Stream。提供了眾多型別相關的操作。典型的例如，sum方法，min/max方法，average方法等。這些方法都是Reduce操作的具體實現。

4）Collect介面：

對於Reduce操作的抽象。此介面中定義了常用的Reduce操作。其中定義的Reduce操作可以通過序列或者並行的方式進行實現。BaseStream介面中的parallel，sequential，unordered方法提供的高層API使併發程式設計變得非常簡潔。畢竟，Map-Filter-Reduce模式的靈魂就在於平行計算。

5）Collectors類：

提供了眾多可以直接使用的Reduce操作。典型的比如groupingBy以及partitioningBy操作。它們都可以通過序列或者並行的方式進行實現。比如，groupingByConcurrent會使用並行的方式進行grouping操作。

6）StreamSupport類：

提供了底層的一些用於操作Stream的方法，如果不需要建立自己的Stream，一般不需要使用它。

2、建立Stream物件：

1）從 Collection 和陣列：

• Collection.stream()
• Collection.parallelStream()
• Arrays.stream(T array) or Stream.of()

2）從 BufferedReader

• java.io.BufferedReader.lines()

3）靜態工廠

• java.util.stream.IntStream.range()
• java.nio.file.Files.walk()

4）自己建立

• java.util.Spliterator

5）其它

• Random.ints()
• BitSet.stream()
• Pattern.splitAsStream(java.lang.CharSequence)
• JarFile.stream()

。。。

參考：

https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-java8streamapi/