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Stream API 的设计融合了多个经典设计模式

news 2025/6/30 1:18:52

Stream API 的设计融合了多个经典设计模式：

1. 策略模式（Strategy Pattern）

策略模式定义了一个算法的家族，将每个算法封装起来，并使它们可以互换。Stream API 中的每个操作（如 filter(), map()）都是一个策略，它允许用户以灵活的方式组合这些操作。

import java.util.*;
import java.util.stream.*;public class StrategyPatternDemo {public static void main(String[] args) {List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);// 策略1: 过滤偶数List<Integer> evenNumbers = numbers.stream().filter(n -> n % 2 == 0)  // 策略1.collect(Collectors.toList());// 策略2: 将每个数字加倍List<Integer> doubledNumbers = numbers.stream().map(n -> n * 2)           // 策略2.collect(Collectors.toList());System.out.println("Even Numbers: " + evenNumbers);System.out.println("Doubled Numbers: " + doubledNumbers);}
}

输出：

Even Numbers: [2, 4, 6, 8, 10]
Doubled Numbers: [2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20]

上面代码中，filter 和 map 都是不同的策略操作，它们可以灵活地组合在一起。你可以选择不同的策略（如筛选偶数或将数字加倍），并将它们组合成一个管道来处理数据。

2. 装饰者模式（Decorator Pattern）

Stream API 中的中间操作（如 filter(), map()）是典型的装饰者模式。每个中间操作都会返回一个新的流对象，逐步增强原始流的功能。

import java.util.*;
import java.util.stream.*;public class DecoratorPatternDemo {public static void main(String[] args) {List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);// 使用装饰者模式: 先过滤偶数，再将每个数字加倍List<Integer> result = numbers.stream().filter(n -> n % 2 == 0)   // 装饰者1: 筛选偶数.map(n -> n * 2)           // 装饰者2: 每个数字加倍.collect(Collectors.toList());System.out.println("Processed Numbers: " + result);}
}

输出：

Processed Numbers: [4, 8, 12, 16, 20]

上面代码中，filter 和 map 是装饰者模式的实现。每个中间操作都返回一个新的流，逐步增强原始流的功能。最终的流会先过滤偶数，再将这些偶数乘以 2。

3. 惰性求值（Lazy Evaluation）

Stream API 的惰性求值意味着中间操作不会立即执行，只有在遇到终端操作时，流才会开始计算。以下是一个示例：

import java.util.*;
import java.util.stream.*;public class LazyEvaluationDemo {public static void main(String[] args) {List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);// 惰性求值，只有在终端操作（forEach）执行时，流才会开始计算numbers.stream().filter(n -> {System.out.println("Filtering: " + n);return n % 2 == 0;  // 过滤偶数}).map(n -> {System.out.println("Mapping: " + n);return n * 2;       // 每个数字加倍}).forEach(n -> System.out.println("Final Result: " + n));  // 输出结果}
}

输出：

Filtering: 1
Filtering: 2
Mapping: 2
Final Result: 4
Filtering: 3
Filtering: 4
Mapping: 4
Final Result: 8
Filtering: 5
Filtering: 6
Mapping: 6
Final Result: 12
Filtering: 7
Filtering: 8
Mapping: 8
Final Result: 16
Filtering: 9
Filtering: 10
Mapping: 10
Final Result: 20

上面代码中，filter 和 map 都是懒执行的操作。filter 和 map 的计算只有在调用终端操作（forEach）时才会开始执行。可以看到，只有经过过滤和映射的元素才会打印出来。

4. 合并模式（Merging / ForkJoin）

并行流实现了合并模式，它通过 ForkJoinPool 将任务拆分成子任务并行执行，然后合并结果。以下是一个简单的并行流的示例：

import java.util.*;
import java.util.stream.*;public class ForkJoinDemo {public static void main(String[] args) {List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);// 使用并行流执行计算int sum = numbers.parallelStream().map(n -> {System.out.println("Processing: " + n + " in thread: " + Thread.currentThread().getName());return n;}).reduce(0, Integer::sum);System.out.println("Total Sum: " + sum);}
}

输出（不同的线程名可能会有所不同）：

Processing: 7 in thread: main
Processing: 6 in thread: main
Processing: 8 in thread: ForkJoinPool.commonPool-worker-2
Processing: 9 in thread: main
Processing: 10 in thread: main
Processing: 2 in thread: ForkJoinPool.commonPool-worker-2
Processing: 3 in thread: ForkJoinPool.commonPool-worker-1
Processing: 1 in thread: ForkJoinPool.commonPool-worker-2
Processing: 5 in thread: main
Processing: 4 in thread: ForkJoinPool.commonPool-worker-1
Total Sum: 55

在上面代码中，parallelStream() 会将任务分成多个子任务并行执行。每个子任务在不同的线程中处理数据，最终通过 reduce 操作将结果合并（在这个例子中是求和）。

总结：