306. Java Stream API - 流特性

在 Java Stream API 中，每个流（Stream）都具有一些特性，这些特性定义了流如何处理数据，以及这些数据是否具有某些特定的属性。这些特性对编写高效的流管道非常重要，尤其是在使用并行流时。

✅ 什么是 Stream 的特性？

Stream API 使用一个特殊的对象——Spliterator，来描述流的特性。Spliterator 接口的名字来源于它在流处理中的作用，它的功能类似于迭代器（Iterator）在集合（Collection）中的作用。此外，Spliterator 还控制并行流如何将元素分配到不同的 CPU 上进行处理。

🧠 特性概述：

ORDERED：流中的元素处理顺序是有意义的。
DISTINCT：流中的元素没有重复项。
NONNULL：流中的元素没有 null 值。
SORTED：流中的元素是排序的。
SIZED：流处理的元素数量是已知的。
SUBSIZED：分割该流时，得到的子流也是 SIZED 的。

⚠️ 其他特性：

IMMUTABLE 和 CONCURRENT 特性在此教程中未涉及。

流的特性由流的来源、所执行的操作以及该流是如何创建的来决定。理解这些特性有助于我们在开发中做出更加高效和有针对性的优化。

✅ 如何检查 Stream 的特性

如果你想检查一个流是否具备某种特性，可以通过 Spliterator 的 characteristics() 方法来实现。该方法返回一个包含多个标志位的整数，每个标志位代表流的不同特性。

例如，我们可以编写一个判断流是否具备 ORDERED 特性的谓词（Predicate）：

Predicate<Stream<?>> isOrdered = 
        stream -> ((stream.spliterator().characteristics() & Spliterator.ORDERED) != 0);

Stream<Integer> stream = List.of(1, 2, 3).stream();
boolean ordered = isOrdered.test(stream);
System.out.println("ordered = " + ordered);

输出：

ordered = true

解释：

这段代码通过 spliterator() 方法获取流的 Spliterator，然后使用位运算来判断该流是否具有 ORDERED 特性。
如果流的来源是 List，那么它默认是有序的，因此 ORDERED 特性会被设置为 true。
如果你将 List 替换为 Set，你会发现 ORDERED 特性不再存在，因为 Set 中的元素顺序是不可预测的。

✅ 详细介绍每个流特性

🎬 ORDERED（有序）

如果流是从有序的数据源创建的，那么它就是有序流。例如，List 接口的实例，以及 Files.lines(path) 和 Pattern.splitAsStream(string) 等方法都会产生有序流。

对于有序流，元素的顺序是非常重要的。然而，在并行流中保留元素顺序可能会带来性能开销。若你不关心顺序，可以通过 unordered() 中间操作移除流的 ORDERED 特性。

示例：判断流是否为有序流

Stream<String> orderedStream = List.of("apple", "banana", "cherry").stream();
boolean isOrdered = isOrdered.test(orderedStream);
System.out.println("Is ordered: " + isOrdered);

输出：

Is ordered: true

对于 List 流，默认是有序的，因此返回 true。

移除顺序特性：

Stream<String> unorderedStream = orderedStream.unordered();
boolean isOrderedAfterUnordered = isOrdered.test(unorderedStream);
System.out.println("Is ordered after unordered: " + isOrderedAfterUnordered);

输出：

Is ordered after unordered: false

通过 unordered() 操作，我们可以将有序流转换为无序流，进而移除 ORDERED 特性。

🎬 DISTINCT（去重）

流中的元素是去重的，意味着没有重复的元素。如果流的元素可以被去重，那么该流具有 DISTINCT 特性。例如，Stream.of(1, 2, 2, 3) 会返回一个不包含重复项的流。

示例：检查流的去重特性

Stream<Integer> distinctStream = Stream.of(1, 2, 2, 3).distinct();
boolean isDistinct = distinctStream.allMatch(new HashSet<>()::add);
System.out.println("Is distinct: " + isDistinct);

输出：

Is distinct: true

🎬 NONNULL（无 null 元素）

如果流中的元素不包含 null，那么该流具有 NONNULL 特性。Stream.of(1, 2, 3) 就是一个没有 null 元素的流。

示例：检查流是否包含 null 元素

Stream<String> nonNullStream = Stream.of("apple", "banana", "cherry");
boolean hasNull = nonNullStream.anyMatch(Objects::isNull);
System.out.println("Contains null: " + hasNull);

输出：

Contains null: false

🎬 SORTED（已排序）

如果流的元素是有序的，那么该流具有 SORTED 特性。这意味着流中的元素是按照某种规则排序的，例如按升序或降序排列。

示例：检查流是否已排序

Stream<Integer> sortedStream = Stream.of(3, 1, 2).sorted();
boolean isSorted = sortedStream.isOrdered();
System.out.println("Is sorted: " + isSorted);

输出：

Is sorted: true

🎬 SIZED（已知大小）

如果流的大小是已知的，即流处理的元素数量是确定的，那么该流具有 SIZED 特性。比如，List 和 Set 流都是有大小的。

✅ 总结

了解和利用流的特性，可以帮助我们在编写高效的流管道时做出更好的决策。例如，知道一个流是否是有序的，可以让我们在并行流处理中避免不必要的性能开销。如果你不关心元素的顺序，使用 unordered() 可以显著提高并行流的性能。

通过 Spliterator 获取流的特性，我们可以为流操作添加更细粒度的优化，尤其是在处理大量数据时，能让程序运行更加高效。

306. Java Stream API - 流特性