Inside Stream API

2026.05.30 JJUG CCC 2026 Spring 発表資料

Transcript

1. Inside Stream API Java in the Box カサレアル 櫻庭 祐一
2. さっそくですが、クイズです なんと出力される？ void main() { var s = Stream.generate(() -> { IO.print("①"); return 0; }); IO.print("②"); s = s.limit(1); s = s.peek(x -> IO.print("③")); IO.println("④"); s.forEach(x -> IO.print("⑤")); } 選択肢 1. ① ② ③ ④ ⑤ 2. ② ④ ① ③ ⑤ 3. ① ② ④ ③ ⑤ 4. コンパイルエラー
3. さっそくですが、クイズです なんと出力される？ void main() { var s = Stream.generate(() -> { IO.print("①"); return 0; }); IO.print("②"); s = s.limit(1); s = s.peek(x -> IO.print("③")); IO.println("④"); s.forEach(x -> IO.print("⑤")); } 選択肢 1. ① ② ③ ④ ⑤ 2. ② ④ ① ③ ⑤ 3. ① ② ④ ③ ⑤ 4. コンパイルエラー
4. Stream APIは 逐次実行されるわけではない ラムダ式を遅延実行 中間操作の戻り値の方はすべてStream 実際に使われているクラスは？ 終端操作では何が行われているのか？
5. Agenda OpenJDKのソースコード Stream生成 中間操作 終端操作 まとめ
6. OpenJDKのソースコード
7. OpenJDKのソースコード GitHub: OpenJDK https://github.com/openjdk/ プロジェクトごとにレポジトリ ex) jdk, valhalla, panama, amber, et al. 各プロジェクトの成果をjdkにマージ
8. JDKレポジトリ HotSpot VM 標準クラスライブラリ ツール 複数のOSをサポート 複数のCPUをサポート
10. JDKレポジトリのディレクトリ構成 jdk ...... モジュールごと OSごと shareは共通 bin doc make src test hotspot java.base java.compiler aix linux macosx share unix windows classes conf data legal man native META-INF com java javax jdk sun パッケージ
11. Stream生成
12. ターゲットとするコード var sum = List.of(0, 1, 2, 3, 4, 5) .stream() .filter(x -> x%2 == 0) .map(x -> x*x) .reduce(0, (prv, prsnt) -> prv+prsnt); Stream生成 終端操作 中間操作 }
13. Stream生成 java.util.Collection default Stream<E> stream() { return StreamSupport.stream(spliterator(), false); } default Spliterator<E> spliterator() { return Spliterators.spliterator(this, 0); }
14. Spliteratorインタフェース イテレーションを行うためのインタフェース Split + Iterator パラレル 分割統治法 trySplit() シーケンシャル tryAdvance() forEachRemaining()
15. Stream生成 java.util.Collection default Stream<E> stream() { return StreamSupport.stream(spliterator(), false); } default Spliterator<E> spliterator() { return Spliterators.spliterator(this, 0); }
16. Spliterators.spliterator() java.util.Spliterators public static <T> Spliterator<T> spliterator( Collection<? extends T> c, int characteristics) { return new IteratorSpliterator<>(Objects.requireNonNull(c), characteristics); } ソースの種類でオーバーロード ソースの種類に対応する実装クラス
17. <I> Spliterator IteratorSpliterator IntArraySpliterator LongArraySpliterator DoubleArraySpliterator Spliteratorインタフェースのクラス構成
18. Stream生成 java.util.Collection default Stream<E> stream() { return StreamSupport.stream(spliterator(), false); } default Spliterator<E> spliterator() { return Spliterators.spliterator(this, 0); }
19. StreamSupport.stream () java.util.stream.StreamSupport public static <T> Stream<T> stream( Spliterator<T> spliterator, boolean parallel) { Objects.requireNonNull(spliterator); return new ReferencePipeline.Head<>( spliterator, StreamOpFlag.fromCharacteristics(spliterator), parallel); } ????
20. <I> DoubleStream <I> Stream Streamインタフェース関連のクラス構成 <I> BaseStream イテレーションを行うための 基本機能を定義 <I> LongStream <I> IntStream
21. PipelineHelper Streamインタフェース関連のクラス構成 <I> BaseStream <I> Stream パイプラインを作るための 基本機能 Head AbstractPipeline ReferencePipeline 参照型用パイプライン パイプラインの先頭 Spliterator パイプラインチェーンを 構成するフィールドを定義
22. StreamSupport.stream () java.util.stream.StreamSupport public static <T> Stream<T> stream( Spliterator<T> spliterator, boolean parallel) { Objects.requireNonNull(spliterator); return new ReferencePipeline.Head<>( spliterator, StreamOpFlag.fromCharacteristics(spliterator), parallel); }
23. Stream生成 まとめ ソースの要素に応じた Spliteratorオブジェクトと パイプラインの先頭オブジェクトを生成
24. 中間操作
25. ラムダ式の処理順序 No.1 String hello(String who) { IO.println("Call hello()"); return "Hello, " + who + "!"; } void printMessage(String message) { IO.println("Call printMessage()"); IO.println(message); } printMessage(hello("World")); > java ExeOrder.java Call hello() Call printMessage() Hello, World!
26. ラムダ式の処理順序 No.2 void printMessage(Function<String, String> func, String helloArg) { IO.println("Call printMessage()"); IO.println(func.apply(helloArg)); } printMessage(m -> hello(m), "World"); > java ExeOrder.java Call printMessage() Call hello() Hello, World!
27. ラムダ式の処理順序 No.3 Supplier<String> printMessageLater( Function<String, String> func, String helloArg) { IO.println("Call printMessageLater()"); return () -> func.apply(helloArg); } var supplier = printMessageLater(m -> hello(m), "World"); IO.println("After printMessageLater()"); IO.println(supplier.get()); > java ExeOrder.java Call printMessageLater() After printMessageLater() Call hello() Hello, World!
28. ラムダ式の処理順序 ラムダ式を保存しておくことで遅延実行が可能 さらに、ラムダ式をキャプチャするラムダ式を使えば フィールドに保持することなく遅延実行が可能
29. ターゲットとするコード var sum = List.of(0, 1, 2, 3, 4, 5) .stream() .filter(x -> x%2 == 0) .map(x -> x*x) .reduce(0, (prv, prsnt) -> prv+prsnt); 終端操作 中間操作 }
30. ReferencePipeline.map() java.util.stream.ReferencePipeline public final <R> Stream<R> map( Function<? super P_OUT, ? extends R> mapper) { Objects.requireNonNull(mapper); return new StatelessOp<>(this, StreamShape.REFERENCE, StreamOpFlag.NOT_SORTED | StreamOpFlag.NOT_DISTINCT) { @Override Sink<P_OUT> opWrapSink(int flags, Sink<R> sink) { return new Sink.ChainedReference<>(sink) { @Override public void accept(P_OUT u) { downstream.accept(mapper.apply(u)); } };
31. ReferencePipeline.map() java.util.stream.ReferencePipeline public final <R> Stream<R> map( Function<? super P_OUT, ? extends R> mapper) { Objects.requireNonNull(mapper); return new StatelessOp<>(this, StreamShape.REFERENCE, StreamOpFlag.NOT_SORTED | StreamOpFlag.NOT_DISTINCT) { @Override Sink<P_OUT> opWrapSink(int flags, Sink<R> sink) { return new Sink.ChainedReference<>(sink) { @Override public void accept(P_OUT u) { downstream.accept(mapper.apply(u)); } };
32. PipelineHelper Streamインタフェース関連のクラス構成 <I> BaseStream <I> Stream Head AbstractPipeline ReferencePipeline Spliterator StatelessOp 中間操作パイプライン
33. ReferencePipeline.map() java.util.stream.ReferencePipeline public final <R> Stream<R> map( Function<? super P_OUT, ? extends R> mapper) { Objects.requireNonNull(mapper); return new StatelessOp<>(this, StreamShape.REFERENCE, StreamOpFlag.NOT_SORTED | StreamOpFlag.NOT_DISTINCT) { @Override Sink<P_OUT> opWrapSink(int flags, Sink<R> sink) { return new Sink.ChainedReference<>(sink) { @Override public void accept(P_OUT u) { downstream.accept(mapper.apply(u)); } };
34. AbstractPipeline.<init>() java.util.stream.AbstractPipeline AbstractPipeline( AbstractPipeline<?, E_IN, ?> previousStage, int opFlags) { if (previousStage.linkedOrConsumed) throw new IllegalStateException(MSG_STREAM_LINKED); previousStage.linkedOrConsumed = true; previousStage.nextStage = this; this.previousStage = previousStage; this.sourceOrOpFlags = opFlags & StreamOpFlag.OP_MASK; this.combinedFlags = StreamOpFlag.combineOpFlags(opFlags, prev this.sourceStage = previousStage.sourceStage; this.depth = previousStage.depth + 1; }
35. PipelineHelper Streamインタフェース関連のクラス構成 <I> BaseStream <I> Stream Head AbstractPipeline ReferencePipeline Spliterator StatelessOp 中間操作パイプライン previousStage nextStage
36. 中間操作でのオブジェクト Head StatelessOp StatelessOp previousStage previousStage
37. ReferencePipeline.map() java.util.stream.ReferencePipeline public final <R> Stream<R> map( Function<? super P_OUT, ? extends R> mapper) { Objects.requireNonNull(mapper); return new StatelessOp<>(this, StreamShape.REFERENCE, StreamOpFlag.NOT_SORTED | StreamOpFlag.NOT_DISTINCT) { @Override Sink<P_OUT> opWrapSink(int flags, Sink<R> sink) { return new Sink.ChainedReference<>(sink) { @Override public void accept(P_OUT u) { downstream.accept(mapper.apply(u)); } };
38. Sinkインタフェース シンク = 台所の流し場 処理を沈めておくイメージ？？ Consumerインタフェースのサブインタフェース begine()/accept()/end() ChainedReference Sinkインタフェースの実装クラス フィールドにdownstreamを持つ
39. ChainedReference java.util.stream.Sink abstract static class ChainedReference<T, E_OUT> implements Sink<T> { protected final Sink<? super E_OUT> downstream; public ChainedReference(Sink<? super E_OUT> downstream) { this.downstream = Objects.requireNonNull(downstream); } ......
40. ReferencePipeline.map() java.util.stream.ReferencePipeline public final <R> Stream<R> map( Function<? super P_OUT, ? extends R> mapper) { Objects.requireNonNull(mapper); return new StatelessOp<>(this, StreamShape.REFERENCE, StreamOpFlag.NOT_SORTED | StreamOpFlag.NOT_DISTINCT) { @Override Sink<P_OUT> opWrapSink(int flags, Sink<R> sink) { return new Sink.ChainedReference<>(sink) { @Override public void accept(P_OUT u) { downstream.accept(mapper.apply(u)); } }; ラムダ式をキャプチャ
41. ReferencePipeline.filter() java.util.stream.ReferencePipeline public final <R> Stream<R> filter( Predicate<? super P_OUT, ? extends R> predicate) { Objects.requireNonNull(mapper); return new StatelessOp<>(this, StreamShape.REFERENCE, StreamOpFlag.NOT_SORTED | StreamOpFlag.NOT_DISTINCT) { @Override Sink<P_OUT> opWrapSink(int flags, Sink<R> sink) { return new Sink.ChainedReference<>(sink) { @Override public void accept(P_OUT u) { if (predicate.test(u)) downstream.accept(u); } };
42. 中間操作でのオブジェクト Head StatelessOp StatelessOp previousStage previousStage filter map
43. 中間操作 まとめ パイプラインステージのチェーンを生成 中間操作のラムダ式をSinkにキャプチャ Sinkのオブジェクトはまだ生成されていない
44. 終端操作
45. 終端操作 1. Sinkオブジェクトのチェーン生成 2. Sinkオブジェクトチェーンに対するイテレーション シリアル: 通常のイテレーション パラレル: 分割統治によるイテレーション
46. ReferencePipeline.reduce() java.util.stream.ReferencePipeline @Override public final P_OUT reduce( final P_OUT identity, final BinaryOperator<P_OUT> accumulator) { return evaluate( ReduceOps.makeRef(identity, accumulator, accumulator)); }
47. ReduceOps.makeRef() java.util.stream.ReduceOps public static <T, U> TerminalOp<T, U> makeRef(U seed, BiFunction<U, ? super T, U> reducer, BinaryOperator<U> combiner) { class ReducingSink extends Box<U> implements AccumulatingSink<T, U, ReducingSink> { ...... } return new ReduceOp<T,U,ReducingSink>(StreamShape.REFERENCE) @Override public ReducingSink makeSink() { return new ReducingSink(); } };} 値を1つ持つコンテナ
48. 終端操作関連のクラス構成 <I> TerminalOp ReduceOp 終端操作の 遅延実行 Box ReduceSink 単一要素 コンテナ reduce処理
49. ReduceOps.makeRef() java.util.stream.ReduceOps public static <T, U> TerminalOp<T, U> makeRef(U seed, BiFunction<U, ? super T, U> reducer, BinaryOperator<U> combiner) { class ReducingSink extends Box<U> implements AccumulatingSink<T, U, ReducingSink> { ...... } return new ReduceOp<T,U,ReducingSink>(StreamShape.REFERENCE) @Override public ReducingSink makeSink() { return new ReducingSink(); } };}
50. ReferencePipeline.reduce() java.util.stream.ReferencePipeline @Override public final P_OUT reduce( final P_OUT identity, final BinaryOperator<P_OUT> accumulator) { return evaluate( ReduceOps.makeRef(identity, accumulator, accumulator)); }
51. AbstractPipeline.evaluate() java.util.stream.AbstractPipeline final <R> R evaluate(TerminalOp<E_OUT, R> terminalOp) { assert getOutputShape() == terminalOp.inputShape(); if (linkedOrConsumed) throw new IllegalStateException(MSG_STREAM_LINKED); linkedOrConsumed = true; return isParallel() ? terminalOp.evaluateParallel( this, sourceSpliterator(terminalOp.getOpFlags())) : terminalOp.evaluateSequential( this, sourceSpliterator(terminalOp.getOpFlags())); }
52. ReduceOp.evaluateSequential() java.util.stream.ReduceOps @Override public <P_IN> R evaluateSequential(PipelineHelper<T> helper, Spliterator<P_IN> spliterator) { return helper.wrapAndCopyInto(makeSink(), spliterator).get(); }
53. ReduceOps.makeRef() java.util.stream.ReduceOps public static <T, U> TerminalOp<T, U> makeRef(U seed, BiFunction<U, ? super T, U> reducer, BinaryOperator<U> combiner) { class ReducingSink extends Box<U> implements AccumulatingSink<T, U, ReducingSink> { ...... } return new ReduceOp<T,U,ReducingSink>(StreamShape.REFERENCE) @Override public ReducingSink makeSink() { return new ReducingSink(); } };}
54. ReduceOp.evaluateSequential() java.util.stream.ReduceOps @Override public <P_IN> R evaluateSequential(PipelineHelper<T> helper, Spliterator<P_IN> spliterator) { return helper.wrapAndCopyInto(makeSink(), spliterator).get(); } ReducingSink 内部でStatelessOpの opWrapSinkをコール
55. ReferencePipeline.map() java.util.stream.ReferencePipeline public final <R> Stream<R> map( Function<? super P_OUT, ? extends R> mapper) { Objects.requireNonNull(mapper); return new StatelessOp<>(this, StreamShape.REFERENCE, StreamOpFlag.NOT_SORTED | StreamOpFlag.NOT_DISTINCT) { @Override Sink<P_OUT> opWrapSink(int flags, Sink<R> sink) { return new Sink.ChainedReference<>(sink) { @Override public void accept(P_OUT u) { downstream.accept(mapper.apply(u)); } }; downstream
56. ReduceOp.evaluateSequential() java.util.stream.ReduceOps @Override public <P_IN> R evaluateSequential(PipelineHelper<T> helper, Spliterator<P_IN> spliterator) { return helper.wrapAndCopyInto(makeSink(), spliterator).get(); } ReducingSink Sinkチェーンを生成
57. Head StatelessOp StatelessOp previousStage previousStage filter map ReducingSink downstream downstream reduce
58. ReduceOp.evaluateSequential() java.util.stream.ReduceOps @Override public <P_IN> R evaluateSequential(PipelineHelper<T> helper, Spliterator<P_IN> spliterator) { return helper.wrapAndCopyInto(makeSink(), spliterator).get(); } ReducingSink Sinkチェーンを生成 copyIntoをコール
59. AbstractPipeline.copyInto() java.util.stream.AbstractPipeline @Override final <P_IN> void copyInto(Sink<P_IN> wrappedSink, Spliterator<P_IN> spliterator) { if (!StreamOpFlag.SHORT_CIRCUIT.isKnown(getStreamAndOpFlags() wrappedSink.begin(spliterator.getExactSizeIfKnown()); spliterator.forEachRemaining(wrappedSink); wrappedSink.end(); } else { copyIntoWithCancel(wrappedSink, spliterator); } } Sinkチェーンの先頭
60. IteratorSpliterator.forEachRemaining () java.util.Spliterators @Override public void forEachRemaining(Consumer<? super T> action) { if (action == null) throw new NullPointerException(); Iterator<? extends T> i; if ((i = it) == null) { i = it = collection.iterator(); est = (long)collection.size(); } i.forEachRemaining(action); } Sinkチェーンの先頭 Iteratorを使用したイテレーション 内部でSink.accept()をコール Iterator取得
61. Head StatelessOp StatelessOp previousStage previousStage filter map ReducingSink downstream downstream reduce
62. ReduceOp.evaluateSequential() java.util.stream.ReduceOps @Override public <P_IN> R evaluateSequential(PipelineHelper<T> helper, Spliterator<P_IN> spliterator) { return helper.wrapAndCopyInto(makeSink(), spliterator).get(); } ReducingSinkが保持する 結果を取り出す
63. 終端操作 まとめ Sinkオブジェクトのチェーン生成 Sinkオブジェクトチェーンに対してイテレーション ReducingSinkが保持する結果を戻す
64. まとめ ラムダ式の遅延処理を活用 ラムダ式をキャプチャすることでコンテキストを保存 ラムダ式を引数、戻り値に使用する高階関数の多用 ラムダ式をいかに活用するかが重要 他にもラムダ式を活用しているAPIはいろいろ ex) Classfile API