Java Stream 中收集连续元素对的方法

1. 概述

在 Java Stream 开发中，高效处理和转换数据是写出优质代码的关键。处理连续元素时，使用 SimpleEntry 进行简单配对和利用有状态转换处理动态场景，是两种强有力的技术。

本教程将探讨如何利用 SimpleEntry 创建相邻元素对，以及有状态转换如何提供灵活的数据流处理方案。让我们深入探索这些方法如何优化 Java Stream 操作。

2. 问题定义

给定一个元素流，我们需要创建一个包含连续元素对的列表。例如，对于整数流 *[1, 2, 3, 4, 5]*，期望输出配对结果 *[(1, 2), (2, 3), (3, 4), (4, 5)]*。

接下来看具体实现方案。

3. 解决方案

根据不同需求和约束条件，收集流中连续元素对有多种实现方式。这里介绍两种常用方法：

3.1. 收集为 List

核心思路是先将流元素收集到列表中，通过索引访问实现配对操作。 这种方法简单直接，适合大多数场景。

public static <T> List<SimpleEntry<T, T>> collectSuccessivePairs(Stream<T> stream) {
    List<T> list = stream.collect(Collectors.toList());
    return IntStream.range(0, list.size() - 1)
      .mapToObj(i -> new SimpleEntry<>(list.get(i), list.get(i + 1))).collect(Collectors.toList());
}

实现要点：

✅ 使用 Collectors.toList() 将流元素转为列表
✅ 通过 IntStream.range(0, list.size() - 1) 生成有效索引（注意排除末尾元素）
✅ 用 SimpleEntry 包装相邻元素对
✅ 最终收集为新列表

时间复杂度分析：

流转列表：O(n)
元素配对：O(n)
总体时间复杂度：O(n)

空间复杂度分析：

元素存储：O(n)
结果列表：O(n)
总体空间复杂度：O(n)

3.2. 收集为 List<List>

这种方法将连续元素对存储为嵌套列表结构，适合需要灵活处理元素对的场景：

public static <T> Stream<List<T>> pairwise(Stream<T> stream) {
    List<T> list = stream.collect(Collectors.toList());
    List<List<T>> pairs = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < list.size() - 1; i++) {
        pairs.add(Arrays.asList(list.get(i), list.get(i + 1)));
    }
    return pairs.stream();
}

关键步骤：

✅ 流元素收集到列表（保证随机访问）
✅ 循环遍历到倒数第二个元素
✅ 用 Arrays.asList() 创建相邻元素对
✅ 返回新流（支持后续链式操作）

⚠️ 注意：此方法返回的是 Stream<List<T>> 而非直接列表，保留了流操作的灵活性。

复杂度分析：

时间复杂度：O(n)（收集+配对）
空间复杂度：O(n)（元素存储+结果存储）
与 SimpleEntry 方案复杂度相同，但数据结构更灵活

4. 总结

本文探讨了在 Java Stream 中处理连续元素对的两种核心方法：

SimpleEntry 方案：简洁高效，适合固定配对场景
List<List> 方案：灵活可扩展，适合复杂处理流程

两种方法各有优势：

✅ 时间复杂度均为 O(n)
✅ 空间复杂度均为 O(n)
✅ 实现简单直观
⚠️ 需注意中间存储开销（不适合超大流）

实际开发中，根据具体需求选择即可。对于简单配对场景，SimpleEntry 更轻量；需要后续流操作时，List<List> 方案更灵活。

所有示例代码已上传至 GitHub 仓库，欢迎参考实践。

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