Stream API 中的 sum、 count、 average、 max、 min 方法

1. 計算元素數量: count()

當你處理數字或物件的集合時，幾乎總會遇到要計算某些東西的需求：元素數量、總和、平均值、最大值或最小值。例如，公司中的員工數、所有薪資總和、學生的平均年齡、最昂貴的商品、最大的訂單。隨著 Stream API 的出現，一切變得更簡潔且更具表達力。

運作方式

方法 count() 是 Stream API 的終端運算子，會回傳串流中的元素數量。

long count = employees.stream().count();

如果只想計算符合條件的元素 — 使用過濾器 filter(...)：

long richCount = employees.stream()
    .filter(e -> e.getSalary() > 100_000)
    .count();

我們的應用示例：

假設有一個商品清單：

List<Product> products = List.of(
    new Product("牛奶", 80),
    new Product("起司", 250),
    new Product("麵包", 40)
);

來計算有多少商品價格超過 100：

long expensiveCount = products.stream()
    .filter(p -> p.getPrice() > 100)
    .count();

System.out.println("高價商品數量: " + expensiveCount);

什麼是 Optional

在 Java 中有一種特殊的容器 — Optional。它是一個包裹物件，裡面可以有值，也可以為空。當計算結果可能不存在且需要明確表達時會使用它。比如，方法 min()、max() 和 average() 在集合為空時可能回傳空結果。此時不是回傳 null，而是回傳 Optional。

Optional 的主要方法

• isPresent() / isEmpty() — 檢查是否有值。
• orElse(預設值) — 回傳值；若為空則回傳預設值。
• orElseThrow() — 若為空則丟出例外。
• ifPresent(...) — 只有在有值時才執行動作。

範例：

OptionalInt min = products.stream()
    .mapToInt(Product::getPrice)
    .min();

if (min.isPresent()) {
    System.out.println("最低價格: " + min.getAsInt());
} else {
    System.out.println("清單為空");
}

或更簡潔：

int minValue = min.orElse(-1);
System.out.println("最低價格: " + minValue);

這種做法能避免 NullPointerException，讓程式碼更安全。

2. 數值資料的總和、平均、最小值與最大值

基本型別串流: IntStream, DoubleStream, LongStream

針對數值資料，Stream API 提供了專門的串流：IntStream、DoubleStream、LongStream。它們讓你能輕鬆快速計算總和、平均、最小值與最大值。

轉成數值串流

若要從物件串流取得數值串流，請使用方法 mapToInt、mapToDouble、mapToLong。

int sum = products.stream()
    .mapToInt(Product::getPrice)
    .sum();
System.out.println("價格總和: " + sum);

方法

• sum() — 所有元素的總和。
• average() — 算術平均（回傳 OptionalDouble）。
• min(), max() — 最小值與最大值（回傳 OptionalInt/OptionalDouble/OptionalLong）。

範例：

// 所有價格的總和
int total = products.stream()
    .mapToInt(Product::getPrice)
    .sum();

// 平均價格
OptionalDouble avg = products.stream()
    .mapToInt(Product::getPrice)
    .average();

// 最低與最高價格
OptionalInt min = products.stream()
    .mapToInt(Product::getPrice)
    .min();

OptionalInt max = products.stream()
    .mapToInt(Product::getPrice)
    .max();

如何從 Optional 取得值

double average = avg.orElse(0.0); // 如果集合為空則為 0.0
int minValue = min.orElse(-1);    // 如果集合為空則為 -1
int maxValue = max.orElse(-1);    // 如果集合為空則為 -1

工程師冷笑話：空清單不是錯誤，只是你目前沒有資料而已。但如果你嘗試用 getAsInt() 從空的 Optional 取值 — 就會捕捉到 NoSuchElementException。務必使用 orElse 或 isPresent()！

3. 物件的彙總: Collectors.summingInt, averagingInt, maxBy, minBy

如果你有物件串流，並想依某個屬性做彙總，請使用 Collectors 類別中的專用收集器。

summingInt, averagingInt

int totalSalary = employees.stream()
    .collect(Collectors.summingInt(Employee::getSalary));

double avgSalary = employees.stream()
    .collect(Collectors.averagingInt(Employee::getSalary));

minBy, maxBy

若要找出某欄位值的最大/最小物件：

Optional<Employee> richest = employees.stream()
    .collect(Collectors.maxBy(Comparator.comparingInt(Employee::getSalary)));

Optional<Employee> poorest = employees.stream()
    .collect(Collectors.minBy(Comparator.comparingInt(Employee::getSalary)));

重要：結果是 Optional，因為集合可能為空。

範例

建立類別 Product：

public class Product {
    private final String name;
    private final int price;
    public Product(String name, int price) {
        this.name = name;
        this.price = price;
    }
    public String getName() { return name; }
    public int getPrice() { return price; }
}

建立商品清單：

List<Product> products = List.of(
    new Product("牛奶", 80),
    new Product("起司", 250),
    new Product("麵包", 40)
);

找出最昂貴的商品：

Optional<Product> maxProduct = products.stream()
    .collect(Collectors.maxBy(Comparator.comparingInt(Product::getPrice)));

maxProduct.ifPresent(p -> System.out.println("最昂貴的商品: " + p.getName()));

4. 與分組結合

彙總方法常與分組一起使用。比如可以依商品名稱的第一個字來計算平均價格：

Map<Character, Double> avgPriceByLetter = products.stream()
    .collect(Collectors.groupingBy(
        p -> p.getName().charAt(0),
        Collectors.averagingInt(Product::getPrice)
    ));

System.out.println(avgPriceByLetter);

結果：

{牛=80.0, 起=250.0, 麵=40.0}

5. 真實情境範例

範例 1: 學生與成績

學生清單與其分數：

public class Student {
    private final String name;
    private final int score;
    public Student(String name, int score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }
    public String getName() { 
        return name; 
    }
    public int getScore() { 
        return score; 
    }
}

List<Student> students = List.of(
    new Student("愛麗莎", 90),
    new Student("鮑伯", 75),
    new Student("瓦夏", 100)
);

分數高於 80 的學生有多少？

long count = students.stream()
    .filter(s -> s.getScore() > 80)
    .count();
System.out.println("分數 > 80 的學生數量: " + count);

平均分數：

double avg = students.stream()
    .mapToInt(Student::getScore)
    .average()
    .orElse(0.0);
System.out.println("平均分數: " + avg);

表現最好的學生：

students.stream()
    .max(Comparator.comparingInt(Student::getScore))
    .ifPresent(s -> System.out.println("最佳學生: " + s.getName()));

範例 2: 唯一商品的數量

long uniqueCount = products.stream()
    .map(Product::getName)
    .distinct()
    .count();
System.out.println("唯一商品數量: " + uniqueCount);

6. 實用細節

視覺化流程: 彙總方法如何運作

物件集合
   │
   ▼
stream()
   │
   ▼
mapToInt/Double/Long（如有需要）
   │
   ▼
sum() / average() / min() / max() / count()
   │
   ▼
結果（int、double、long、Optional）

處理 Optional: 如何安全地取值

為什麼這些方法會回傳 Optional?
如果集合為空（例如你在空清單中找最大值），就會回傳空的 Optional。如果立刻呼叫 getAsInt()/get()，會拋出例外。

正確做法：

• 使用 orElse(預設值)
• 使用 ifPresent(...) 在有值時才執行動作
• 使用 orElseThrow(...) 以明確拋出例外

範例：

OptionalDouble avg = products.stream()
    .mapToInt(Product::getPrice)
    .average();

System.out.println("平均價格: " + avg.orElse(0.0));

何時使用基本型別串流，何時 — Collectors

• 如果只是要依某個數值欄位計算總和/平均/最小/最大 — 使用 mapToInt 與對應的方法（sum、average、min、max）。
• 如果要彙總物件（例如找出某欄位最大的物件），請使用收集器 maxBy/minBy。
• 如果需要分組並對每組計算彙總 — 使用 groupingBy 與彙總型收集器的組合。

7. 使用彙總方法時的常見錯誤

錯誤一：沒有處理 Optional。 初學者常忽略 min、max、average 會回傳 Optional。結果在嘗試從空容器取值時拋出 NoSuchElementException。務必使用 orElse、orElseThrow 或 ifPresent。

錯誤二：用一般的 stream 而非 mapToInt/mapToDouble。 如果你寫 stream().sum()，編譯器會說：「沒有這個方法！」要做總和、平均、最小、最大需要基本型別串流。

錯誤三：比較時型別不匹配。 在尋找物件的最大/最小時，請使用正確的比較子：Comparator.comparingInt(Employee::getSalary)。否則可能導致編譯錯誤或不正確的結果。

錯誤四：與 null 的物件比較。 若集合中可能包含 null 元素，彙總可能會拋出 NullPointerException。最好先過濾掉這些元素，或使用 Comparator.nullsLast(...)/nullsFirst(...)。

錯誤五：在空集合上使用 sum/average/min/max 而沒有考慮回傳結果。 如果集合為空，方法 sum() 會回傳 0，而 average()/min()/max() — 空的 Optional。別忘了處理這種情況。