Java 8 指南

2014年3月16日

“Java is still not dead—and people are starting to figure that out.”

欢迎阅读我对 Java 8 的介绍。本指南将一步步地通过所有的新的语言特性来引导你认识Java 8。在简短的示例代码的帮助下,你将会学习到如何使用默认的接口方法、lambda表达式、方法引用以及可重复的注解。在文章的最后,你将会熟悉最新的API变化,例如:streams、函数式接口、map 扩展以及新的 Date API。

没有过多的文本 — 仅仅是一些具有注释的代码片段。一起享受吧!

接口的默认方法

Java 8 使我们能够使用default 关键字给接口增加非抽象的方法实现。这个特性也被叫做 扩展方法(Extension Methods)。如下例所示:

interface Formula {
    double calculate(int a);
    default double sqrt(int a) {
        return Math.sqrt(a);
    }
}

除了抽象方法calculate ,接口 Formula 同样定义了默认的方法 sqrt。具体类只需要实现抽象方法calculate。默认的方法sqrt可以在其未实现时“开箱即用”。

Formula formula = new Formula() {
    @Override
    public double calculate(int a) {
        return sqrt(a * 100);
    }
};
formula.calculate(100);     // 100.0
formula.sqrt(16);           // 4.0

formula 被创建的像一个匿名对象。代码看起来很啰嗦:对一个简单的sqrt(a * 100)计算需6行。正如我们在下一节将要看到的,对只有单方法的类的实现,在 Java 8中有个更佳的方式。

Lambda表达式

我们先来讲一个简单的例子:在 Java 之前的版本中是如何排序一个字符串list的:

List names = Arrays.asList("peter", "anna", "mike", "xenia");

Collections.sort(names, new Comparator() {
    @Override
    public int compare(String a, String b) {
        return b.compareTo(a);
    }
});

静态方法Collections.sort 接受一个list和比较方法来对给定的list元素排序。你总是会发现你需要创建匿名的比较方法并且传递给排序方法。

不同于整天创建匿名对象,Java 8有一个简短的多的语法:lambda表达式:

Collections.sort(names, (String a, String b) -> {
    return b.compareTo(a);
});

正如你所见,代码更短也更易于阅读,而且它还可以更短:

Collections.sort(names, (String a, String b) -> b.compareTo(a));

对于一行的方法体,你可以省略{} 和return 关键字,而且它还可以更短:

Collections.sort(names, (a, b) -> b.compareTo(a));

Java 编译器知道参数类型,所以你也可以省略它们。下面让我们一同深入探究下lambda表达式是如何被更广泛地使用的。

函数式接口

lambda表达式是如何符合 Java 类型系统的?每个lambda对应于一个给定的类型,用一个接口来说明。而这个被称为函数式接口(functional interface)的接口必须仅仅包含一个抽象方法声明。每个那个类型的lambda表达式都将会被匹配到这个抽象方法上。因此默认的方法并不是抽象的,你可以给你的函数式接口自由地增加默认的方法。

我们可以使用任意的接口作为lambda表达式,只要这个接口只包含一个抽象方法。为了保证你的接口满足需求,你需要增加@FunctionalInterface 注解。编译器知道这个注解,一旦你试图给这个接口增加第二个抽象方法声明时,它将抛出一个编译器错误。例如:

@FunctionalInterface
interface Converter<F, T> {
    T convert(F from);
}
Converter<String, Integer> converter = (from) -> Integer.valueOf(from);
Integer converted = converter.convert("123");
System.out.println(converted);    // 123

请记住如果@FunctionalInterface 这个注解被遗漏,此代码依然有效。

方法和构造器引用

通过使用静态方法引用,如上的示例代码可以被进一步的简化:

Converter<String, Integer> converter = Integer::valueOf;
Integer converted = converter.convert("123");
System.out.println(converted);   // 123

Java 8使你能够通过::关键字传递对方法或者构造器的引用。如上例子告诉我们如何引用一个静态的方法。但是我们也可以引用对象的方法:

class Something {
    String startsWith(String s) {
        return String.valueOf(s.charAt(0));
    }
}
Something something = new Something();
Converter<String, String> converter = something::startsWith;
String converted = converter.convert("Java");
System.out.println(converted);    // "J"

我们一起来看看::关键字是如何为构造器工作的。首先,我们定义一个具有多个不同构造器的示例bean:

class Person {
    String firstName;
    String lastName;

    Person() {}

    Person(String firstName, String lastName) {
        this.firstName = firstName;
        this.lastName = lastName;
    }
}

其次,我们指定一个Person的工厂接口,它用来创建新的Person:

interface PersonFactory</pre>
{
 P create(String firstName, String lastName);
}

为避免手工实现这个工厂,我们通过构造器引用将所有事情连接起来:

PersonFactory personFactory = Person::new;
Person person = personFactory.create("Peter", "Parker");

我们通过Person::new创建了一个对 Person 构造器的引用。Java编译器通过匹配PersonFactory.create标记自动选择合适的构造器。

Lambda作用域

通过lambda表达式访问作用域变量非常类似于匿名对象。你可以通过局部作用域以及实例域和静态变量来访问final变量。

访问局部变量

我们可以通过lambda表达式的作用域读到final类型的局部变量:

final int num = 1;
Converter<Integer, String> stringConverter =
        (from) -> String.valueOf(from + num);

stringConverter.convert(2);

然而不同于匿名对象,变量num 并不需要必须被声明为 final,如下代码同样有效:

int num = 1;
Converter<Integer, String> stringConverter =
        (from) -> String.valueOf(from + num);

stringConverter.convert(2);

然而,为了代码可以编译, num 必须隐含为final类型,如下代码不会编译通过:

int num = 1;
Converter<Integer, String> stringConverter =
        (from) -> String.valueOf(from + num);
num = 3;

在lambda表达式里对 num 赋值也同样是被禁止的。

访问实例域和静态变量

区别于局部变量,我们在lambda表达式里对实例域和静态变量具有读写权限。这种行为在匿名对象中是众所周知的。

class Lambda4 {
    static int outerStaticNum;
    int outerNum;

    void testScopes() {
        Converter<Integer, String> stringConverter1 = (from) -> {
            outerNum = 23;
            return String.valueOf(from);
        };

        Converter<Integer, String> stringConverter2 = (from) -> {
            outerStaticNum = 72;
            return String.valueOf(from);
        };
    }
}

访问默认的接口方法

还记得第一节的formula 例子吗?接口Formula 定义了一个默认的方法sqrt ,它可以被每个formula 实例(包含匿名对象)来访问。lambda表达式对此并不奏效。

默认的方法不能在lambda表达式内部被访问到,如下代码不能通过编译:

Formula formula = (a) -> sqrt( a * 100);

内置功能接口

JDK 1.8 API 包含很多内置的功能接口。其中一些在旧的 Java 版本中就众所周知了,例如Comparator 以及 Runnable。通过@FunctionalInterface标记,这些现有的接口已被扩展为lambda所能支持的。

然而 Java 8 API 同样拥有众多新的功能接口来使你的生活更加简单。这些新接口中的一些从Google Guava 库中已经广为人知。即使你对此库很熟悉,你也应该仔细看看那些接口是如何通过一些有用的方法所扩展的。

谓词

谓词是单参数的布尔值函数。该接口包含多个默认的方法使谓词转换成复杂的逻辑表达式(与,或,非)

Predicate predicate = (s) -> s.length() > 0;

predicate.test("foo");              // true
predicate.negate().test("foo");     // false

Predicate nonNull = Objects::nonNull;
Predicate isNull = Objects::isNull;

Predicate isEmpty = String::isEmpty;
Predicate isNotEmpty = isEmpty.negate();

函数

函数接受单一参数,产出结果。默认的方法可被用来将多个函数链接起来(compose,andThen)。

Function<String, Integer> toInteger = Integer::valueOf;
Function<String, String> backToString = toInteger.andThen(String::valueOf);

backToString.apply("123");     // "123"

生产者

生产者产生一个给定的泛型类型的结果。区别于函数,生产者不接受参数。

Supplier personSupplier = Person::new;
personSupplier.get();   // new Person

消费者

消费者代表了将要对一个单一输入参数采取的运算。

Consumer greeter = (p) -> System.out.println("Hello, " + p.firstName);

greeter.accept(new Person("Luke", "Skywalker"));

比较器

比较器在较老的 Java版本中众所周知。Java 8给这个接口增加了多个默认的方法。

Comparator comparator = (p1, p2) -> p1.firstName.compareTo(p2.firstName);

Person p1 = new Person("John", "Doe");

Person p2 = new Person("Alice", "Wonderland");

comparator.compare(p1, p2);             // > 0

comparator.reversed().compare(p1, p2);  // < 0

Optionals

Optionals 并不是函数式接口,而是一个避免空指针异常NullPointerException的俏皮工具。这是一个下一节用到的重要的概念,所以让我们快速地看一下它是如何工作的。

Optional 是对空或者非空的一个值的简单的容器。想象一下,一个应该返回非空值结果的方法却有时候什么也没返回。在Java 8 中,你将返回一个Optional 而不是null。

Optional optional = Optional.of("bam");

optional.isPresent();           // true

optional.get();                 // "bam"

optional.orElse("fallback");    // "bam"

optional.ifPresent((s) -> System.out.println(s.charAt(0)));     <i>// "b"</i>

Streams

java.util.Stream 代表元素的一个序列,一个或者多个运算可以在这个序列上运行。Stream运算可以是中间的(intermediate),也可是末端的(terminal)。末端运算返回具有特定类型的结果,中间运算返回 stream 自身,所以聂艺将多个方法调用串联在一行。Streams是在一个源上创建的,例如,一个java.util.Collection 类似的lists或者ses(不支持maps)。Sream运算可以被顺序执行或者并行执行。

让我们一起看看顺序streams是如何工作的。首先,我们创建一个字符串类型的list作为示例源:

List stringCollection = new ArrayList<>();

stringCollection.add("ddd2");

stringCollection.add("aaa2");

stringCollection.add("bbb1");

stringCollection.add("aaa1");

stringCollection.add("bbb3");

stringCollection.add("ccc");

stringCollection.add("bbb2");

stringCollection.add("ddd1");

在Java 8 中Collections 被扩展了,因而你可以简单地通过调用Collection.stream() 或者 Collection.parallelStream()创建 streams 。如下节将解释最普遍的流运算。

Filter

Filter 接受一个谓词来过滤出流中所有的元素。此运算是一个中间运算,它可以使我们在结果上调用其它的stream运算(forEach)。forEach 接受一个可以对每个流过滤出的元素进行操作的消费者。forEach 是一个末端运算,换句话说,我们不能再调用其他的流运算

stringCollection

.stream()

.filter((s) -> s.startsWith("a"))

.forEach(System.out::println);

// "aaa2", "aaa1"

Sorted

Sorted 是一个返回流的排序视图的中间运算。除非你传递一个定制的Comparator ,元素将被以自然顺序进行排序。

stringCollection

.stream()

.sorted()

.filter((s) -> s.startsWith("a"))

.forEach(System.out::println);

// "aaa1", "aaa2"

请记住,sorted 真的仅仅对此stream创建一个排序的视图,它并不操纵背后的聚集(collection)。stringCollection 的顺序并未改变:

System<b>.</b>out<b>.</b>println<b>(</b>stringCollection);

// ddd2, aaa2, bbb1, aaa1, bbb3, ccc, bb<i>b2, ddd1</i>

Map

中间运算 map 将每个元素通过给定的函数转变为其它对象。如下示例讲每个string转换为一个大写字母的string。但是你也可以使用map 将每个对象转换为其它了下。转换结果的类型依赖于你传递给map 的类型。

stringCollection

.stream()

.map(String::toUpperCase)

.sorted((a, b) -> b.compareTo(a))

.forEach(System.out::println);

// "DDD2", "DDD1", "CCC", "BBB3", "BBB2", "A<i>AA2", "AAA1"</i>

匹配

多个匹配运算可以被用来检验是否一个特定的谓词与某stream匹配。所有的这些运算都为末端运算,并且返回一个布尔值结果。

boolean anyStartsWithA =

stringCollection

.stream()

.anyMatch((s) -> s.startsWith("a"));

System.out.println(anyStartsWithA);      // true

boolean allStartsWithA =

stringCollection

.stream()

.allMatch((s) -> s.startsWith("a"));

System.out.println(allStartsWithA);      // false

boolean noneStartsWithZ =

stringCollection

.stream()

.noneMatch((s) -> s.startsWith("z"));

System.out.println(noneStartsWithZ);      // true

计数

计数是一个末端运算,以long类型返回在stream中的元素的数目。

long startsWithB =

stringCollection

.stream()

.filter((s) -> s.startsWith("b"))

.count();

System.out.println(startsWithB);    // 3

Reduce

这个末端运算使用给定的函数对stream的元素进行一个减缩运算。结果是一个保存有减缩值的Optional 。

Optional<b><</b>String> reduced =

stringCollection

.stream()

.sorted()

.reduce((s1, s2) -> s1 + "#" + s2);

reduced.ifPresent(System.out::println);

// "aaa1#aaa2#bbb1#bbb2#bbb3#ccc#ddd1#ddd2"

Parallel Streams

正如上述提到的,streams可以是顺序或者并行的。在顺序streams上的操作是在一个单线程中完成的,然而在并行streams上的操作时在多个线程上并发完成的。

如下例子证明了通过使用并发流是如何简单地提高运算性能的。

首先,我们创建一个无重复元素的大的list:

int max <b>=</b> 1000000;

List values = new ArrayList<>(max);

for (int i = 0; i < max; i++) {

UUID uuid = UUID.randomUUID();

values.add(uuid.toString());

}

现在我们对需要多少时间来完成对其排序进行统计。

顺序排序

long t0 <b>=</b> System<b>.</b>nanoTime();

long count = values.stream().sorted().count();

System.out.println(count);

long t1 = System.nanoTime();

long millis = TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(t1 - t0);

System.out.println(String.format("sequential sort took: %d ms", millis));

// sequential sort took: 899 ms

并行排序

long t0 <b>=</b> System<b>.</b>nanoTime<b>();</b>

long count = values.parallelStream().sorted().count();

System.out.println(count);

long t1 = System.nanoTime();

long millis = TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(t1 - t0);

System.out.println(String.format("parallel sort took: %d ms", millis));

// parallel sort took: 472 ms

正如你所看到的,两个代码片段几乎相同,但是并行排序快了将近50%。而所有你所需要做的仅仅是将stream() 改为 parallelStream()。

Map

正如已经提到的,maps并不支持streams。然而,maps现在支持多种新的有用的方法来完成普通的任务。

Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {     map.putIfAbsent(i, "val" + i); } map.forEach((id, val) -> System.out.println(val));

如上的代码应该是意义很明确的:putIfAbsent避免了我们写多余的null检查;forEach 接受一个消费者去对每个map的值做运算。

这个例子显示了如何利用函数在map上进行操作。

map.computeIfPresent(3, (num, val) -> val + num);
map.get(3);             // val33
map.computeIfPresent(9, (num, val) -> null);
map.containsKey(9);     // false
map.computeIfAbsent(23, num -> "val" + num);
map.containsKey(23);    // true
map.computeIfAbsent(3, num -> "bam");
map.get(3);             // val33

接下来,我们学习如何对给定的key删除entry(只有它对应到了一个给定的值时生效):

map.remove(3, "val3");
map.get(3);             // val33
map.remove(3, "val33");
map.get(3);             // null

另一个有用的方法:

map.getOrDefault(42, "not found");

合并map的记录很方便:

map.merge(9, "val9", (value, newValue) -> value.concat(newValue));
map.get(9);             // val9

map.merge(9, "concat", (value, newValue) -> value.concat(newValue));
map.get(9);             // val9concat

如果没有相应记录,合并会将key/value 对放入map,否则合并函数将会被调用来改变现有的值。

Date API

Java 8在包java.time包含一个全新的日期和时间的API。这个新的Date API堪比Joda-Time库,然而,它们并不完全相同。如下的例子将会覆盖这个新API的大多数重要的部分。

Clock

Clock 提供对现在时间和日期的访问。Clocks 能感知时区,可能被用来替代System.currentTimeMillis() 来获取现在毫秒数。这样一个在时间线上即时的点也被类Instant所表示。Instant可以被用来创建java.util.Date 对象。

Clock clock = Clock.systemDefaultZone();
long millis = clock.millis();

Instant instant = clock.instant();
Date legacyDate = Date.from(instant);   // legacy java.util.Date

Timezones

Timezones由一个ZoneId代表。他们可以被静态工厂方法很容易地访问。 Timezones 定义偏移量,这对于instants 和本地日期、时间之间的转换非常重要。

System.out.println(ZoneId.getAvailableZoneIds());
// prints all available timezone ids

ZoneId zone1 = ZoneId.of("Europe/Berlin");
ZoneId zone2 = ZoneId.of("Brazil/East");
System.out.println(zone1.getRules());
System.out.println(zone2.getRules());

// ZoneRules[currentStandardOffset=+01:00]
// ZoneRules[currentStandardOffset=-03:00]

LocalTime

LocalTime 代表一个不带时区的时间,例如:10pm 或者 17:30:15。如下示例为如上定义的时区创建两个本地时间 。那么,我们就可以比较两个时间,并且计算出两个时间间的时间差(小时或者分钟为单位)。

LocalTime now1 = LocalTime.now(zone1);
LocalTime now2 = LocalTime.now(zone2);

System.out.println(now1.isBefore(now2));  // false

long hoursBetween = ChronoUnit.HOURS.between(now1, now2);
long minutesBetween = ChronoUnit.MINUTES.between(now1, now2);

System.out.println(hoursBetween);       // -3
System.out.println(minutesBetween);     // -239

伴随着LocalTime ,这里存在多种工厂方法来简化新实例的创建,也包含对时间字符串的解析。

LocalTime late = LocalTime.of(23, 59, 59);
System.out.println(late);       // 23:59:59

DateTimeFormatter germanFormatter =
    DateTimeFormatter
        .ofLocalizedTime(FormatStyle.SHORT)
        .withLocale(Locale.GERMAN);

LocalTime leetTime = LocalTime.parse("13:37", germanFormatter);
System.out.println(leetTime);   // 13:37

LocalDate

LocalDate 代表一个明确的日期,例如2014-03-11。它是不可变的,并且非常类似LocalTime。 这个示例将证明如何通过增加或者减少日期、月份、年来计算出一个新的日期。记住每次操作将返回一个新的实例。

LocalDate today = LocalDate.now();
LocalDate tomorrow = today.plus(1, ChronoUnit.DAYS);
LocalDate yesterday = tomorrow.minusDays(2);

LocalDate independenceDay = LocalDate.of(2014, Month.JULY, 4);
DayOfWeek dayOfWeek = independenceDay.getDayOfWeek();
System.out.println(dayOfWeek);    // FRIDAY

从字符串中解析LocalDate就像解析 LocalTime一样简单:

DateTimeFormatter germanFormatter =

DateTimeFormatter

.ofLocalizedDate(FormatStyle.MEDIUM)

.withLocale(Locale.GERMAN);

LocalDate xmas = LocalDate.parse("24.12.2014", germanFormatter);

System.out.println(xmas);   // 2014-12-24

LocalDateTime

LocalDateTime 代表日期-时间。它将如上所示的日期和时间合并为一个实例。LocalDateTime 是不可变的,它类似LocalTime和 LocalDate。我们可以使用方法获取日期-时间中特定的域:

LocalDateTime sylvester = LocalDateTime.of(2014, Month.DECEMBER, 31, 23, 59, 59);
DayOfWeek dayOfWeek = sylvester.getDayOfWeek();
System.out.println(dayOfWeek);      // WEDNESDAY
Month month = sylvester.getMonth();
System.out.println(month);          // DECEMBER
long minuteOfDay = sylvester.getLong(ChronoField.MINUTE_OF_DAY);
System.out.println(minuteOfDay);    // 1439

知道额外的时区信息,它就可以转换为一个instant,instant可以很容易地转换为java.util.Date 类型的日期。

Instant instant = sylvester

.atZone(ZoneId.systemDefault())

.toInstant();

Date legacyDate = Date.from(instant);

System.out.println(legacyDate);     // Wed Dec 31 23:59:59 CET 2014

形式化日期-时间的工作就像形式化日期或者时间一样。我们可以从客户化的模式来创建格式(formatter),而不是使用预先定义的格式。

DateTimeFormatter formatter =

DateTimeFormatter

.ofPattern("MMM dd, yyyy - HH:mm");

LocalDateTime parsed = LocalDateTime.parse("Nov 03, 2014 - 07:13", formatter);

String string = formatter.format(parsed);

System.out.println(string);     // Nov 03, 2014 - 07:13

区别于 java.text.NumberFormat ,新的DateTimeFormatter 时而不可变的且是线程安全的。

模式语法的细节可以点击这里

Annotations/

在Java8 中Annotations是可重复的。让我们通过一个具体的例子来理解它。

首先,我们定义一个包装器注解,它拥有一组真正的注解:

@interface Hints {

Hint[] value();

}

@Repeatable(Hints.class)

@interface Hint {

String value();

}

Java 8 中,通过声明注解@Repeatable使我能够使用多个具有相同类型的注解。

变体 1: 使用容器注解(守旧派)

@Hints({@Hint("hint1"), @Hint("hint2")})
class Person {}

变体 2: 使用可重复的注解(新派)

@Hint("hint1")
@Hint("hint2")
class Person {}

使用变体2,Java编译器可以隐式地设置 @Hints注解。这对于通过反射来阅读注解信息是很重要的。

Hint hint = Person.class.getAnnotation(Hint.class);
System.out.println(hint);                   // null

Hints hints1 = Person.class.getAnnotation(Hints.class);
System.out.println(hints1.value().length);  // 2

Hint[] hints2 = Person.class.getAnnotationsByType(Hint.class);
System.out.println(hints2.length);

尽管我们从不在Person类上声明@Hints 注解,它依然通过getAnnotation(Hints.class)可读。然而,更多便捷的方法是 getAnnotationsByType,它将具有对所有带注释的@Hint 注解直接访问的能力。

此外,在Java8中对注解的使用被扩大到两个新的targets:

@Target({ElementType.TYPE_PARAMETER, ElementType.TYPE_USE})
@interface MyAnnotation {}

就是这样

我对Java 8 编程的指南就到这里。肯定还有更多的东西值得探究。由你决定去探索在Java 8 编程中所有其它伟大的改进,例如,Arrays.parallelSort、StampedLock以及 CompletableFuture 等等。

我希望这个文章对你有用,而且你喜欢阅读。这个指南的所有的源码请点击GitHub。请自由地创建新的库或者通过Twitter.发送反馈。

Benjamin is lead software engineer at Pondus, marathon finisher and an excited table football player. Get in touch on TwitterGoogle+ and GitHub



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