无限 IntStream 的长度？答案

【问题标题】：Length of an infinite IntStream?无限 IntStream 的长度？
【发布时间】：2018-07-18 08:27:29
【问题描述】：

我通过这个创建了一个 randomIntStream：

 final static PrimitiveIterator.OfInt startValue = new Random().ints(0, 60).iterator();

文档说这个流实际上是无穷无尽的。

我想了解在后台发生了什么。

ints(0,60) 正在生成无限的整数流。如果这是无限的，为什么我的机器没有泄漏任何内存？

我想知道，实际上真正生成了多少数字，这种实现是否会在流仍然结束的地方导致错误？或者这个流是否会不断地充满新的整数，因此它真的永远不会结束？

如果我已经问过这个问题，那么现在生成随机数的最佳实践是什么？

【问题讨论】：

数字（流中的元素）在需要时生成，然后立即再次被遗忘（除非收集在列表中，这可能是个坏主意）。
挑战与无限之美。您无法计算...根据您使用/存储这些数字的方式，您可以设法耗尽内存。但我想从技术上讲，您无法数出无限的数字，因为您必须等待无穷大……您必须在某个地方停下来
你不需要每次都创建一个新的Random，你可以使用ThreadLocalRandom.current()为例。
这里使用“内存泄漏”是不正确的。如果在程序员不打算分配内存时分配内存，这只是内存泄漏。你应该说“为什么不消耗无限量的内存”......但是......当然不可能消耗无限量的内存。
@ernest_k 实际上，您可以计算一些（但不是全部）无穷大。这个概念被称为可数无限。

标签： java random java-stream

【解决方案1】：

Streams do not (in general¹) store all of their elements in any kind of a data structure:

没有存储空间。流不是存储元素的数据结构；相反，它通过计算操作的管道从数据结构、数组、生成器函数或 I/O 通道等源传送元素。

相反，每次流前进时，每个流元素都会一个接一个地计算。在您的示例中，当您调用 startValue.nextInt() 时，实际上会计算每个随机的 int。

所以当我们做例如new Random().ints(0,60)，流实际上是无限的这一事实不是问题，因为在我们执行一些遍历流的操作之前，实际上不会计算随机的 ints。一旦我们遍历了流，ints 只有在我们请求它们时才会被计算。

这是一个使用Stream.generate（也是无限流）的小例子，它显示了这种操作顺序：

Stream.generate(() -> {
    System.out.println("generating...");
    return "hello!";
})
.limit(3)
.forEach(elem -> {
    System.out.println(elem);
});

该代码的输出是：

generating...
hello!
generating...
hello!
generating...
hello!

请注意，我们的生成器供应商在每次调用 forEach 消费者之前被调用一次，仅此而已。如果我们不使用limit(3)，程序可以永远运行，但不会耗尽内存。

如果我们使用new Random().ints(0,60).forEach(...)，它会以同样的方式工作。在每次调用forEach 消费者之前，该流将执行一次random.nextInt(60)。除非我们使用一些需要它的操作，例如 distinct() 或收集器而不是 forEach，否则这些元素不会在任何地方累积。

某些流可能在后台使用数据结构进行临时存储。例如，在树遍历算法中使用堆栈是很常见的。此外，某些流（例如使用 Stream.Builder 创建的流）将需要数据结构来放入其元素。

【讨论】：

【解决方案2】：

流是无限的¹，因此您可以根据需要生成任意数量的整数，而不会用完。这并不意味着它会在您不要求任何内容时继续生成它们。

实际生成多少数字取决于您编写的代码。每次从迭代器中检索值时，都会生成一个值。没有在后台生成，因此没有使用“额外”内存。

¹就您的一生而言，请参阅 Eran 的回答

【讨论】：

【解决方案3】：

准确地说，

IntStream java.util.Random.ints(int randomNumberOrigin, int randomNumberBound) 返回：

实际上无限的伪随机 int 值流，每个都符合给定的原点（包括）和绑定（不包括）。

这并不意味着无限。查看 Javadoc，您会看到一个实现说明，说明它实际上将返回的 IntStream 限制为 Long.MAX_VALUE 元素：

实施说明：

这个方法实现相当于ints(Long.MAX_VALUE, randomNumberOrigin, randomNumberBound)。

当然Long.MAX_VALUE是一个很大的数字，因此返回的IntStream可以看作是“有效”的，没有限制。例如，如果您每秒消耗该流的 1000000 个ints，那么您将需要大约 292471 年的时间才能用完元素。

也就是说，正如其他答案所述，IntStream 仅生成其消费者所需的数量（即消耗 ints 的终端操作）。

【讨论】：

作为额外的考虑，当源是java.util.Random，即不是具有不同算法的子类时，流将在 2⁶³ 元素后“突然”停止，但它也会在 2⁴⁸ 元素后重复，因此，如果您在 2⁴⁸ 元素之后没有完成任务，那么您的问题也不太可能用超过 2⁶³ 元素来解决……

【解决方案4】：

正如@Kayaman 在他的回答中所说。流是无限的，因为数字可以永远生成。重点在于can这个词。只有在您真正请求时，它才会生成数字。它不仅会生成 X 数量的数字，然后将它们存储在某个地方（除非你告诉它这样做）。

所以如果你想生成 n（其中 n 是一个整数）随机数。你可以在Random#ints()返回的流上调用ints(0, 60)、ints(n, 0, 60)的重载：

new Random().ints(n, 0, 60)

上面仍然不会生成 n 个随机数，因为它是一个 IntStream，它是延迟执行的。因此，当不使用终端操作（例如collect() 或forEach()）时，什么都不会发生。

【讨论】：

【解决方案5】：

创建生成器不会生成任何数字。从概念上讲，这个生成器将不断生成新的数字；当被询问时，它不会返回下一个值。

【讨论】：