Java8 简明教程

Java并没有没落,人们开始认识到这一点

欢迎阅读我编写的 Java 8 介绍。本教程将带领你一步步认识这门语言的所有新特性。通过简单明了的代码示例,你将会学习到如何使用默认接口方法,Lambda表达式,方法引用和可重复注解。在这篇教程的最后,你还将对最新推出的API有一定的了解,例如:流控制,函数式接口,map扩展和新的时间日期API等等。

没有大段的废话,只是一些带注释的代码片段,望君喜欢。

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接口中的默认方法

Java 8 允许我们使用default关键字,为接口添加非抽象(non-abstract)的方法实现。这个特性又被称为 扩展方法 。下面是我们的第一个例子:

interface Formula {
doublecalculate(inta);

defaultdoublesqrt(inta) {
returnMath.sqrt(a);
 }
}

在接口 Formula 中,除了抽象方法 caculate 以外,还定义了一个默认方法sqrt。Formula的实现类只需要实现抽象方法caculate就可以了。默认方法sqrt可以直接使用。

Formula formula = newFormula() {
@Override
publicdoublecalculate(inta) {
returnsqrt(a *100);
 }
};

formula.calculate(100);// 100.0
formula.sqrt(16);// 4.0

formula 对象以匿名对象的形式实现了Formula接口。代码很啰嗦:用了6行代码才实现了一个简单的计算功能:a*100 开平方根。我们在下一节会看到,Java 8 还有一种更加漂亮的方法,能够实现只包含单个函数的对象。

Lambda表达式

让我们从最简单的例子开始,来学习如何对一个string列表进行排序。我们首先使用Java 8之前的方法来实现:

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

Collections.sort(names, newComparator<String>() {
@Override
publicintcompare(String a, String b) {
returnb.compareTo(a);
 }
});

静态工具方法 Collections.sort 接受一个 list,和一个 Comparator 接口作为输入参数来对,Comparator的实现类可以对输入的list中的元素进行比较。通常你会创建一个匿名Comparator对象,并把它作为参数传递给sort方法。

除了一直以来创建匿名对象的方式外,Java 8 还提供了一种更简洁的语法,Lambda表达式。

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

如你所见,这段代码比之前的更加简短和易读。但是,它还可以更加简短:

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

只要一行代码,包含了方法体。你甚至可以连大括号对{}和return关键字都省略不要。不过这还不是最短的写法:

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

List现在有了一个 sort方法。Java编译器能够自动识别参数的类型,所以你就可以省略掉类型不写。让我们再深入地研究一下lambda表达式的威力吧。

函数式接口

Lambda表达式如何匹配Java的类型系统?每一个lambda都能够通过一个特定的接口,与一个给定的类型进行匹配。一个所谓的函数式接口必须要 有且仅有一个抽象方法声明 。每个与之对应的lambda表达式必须要与这个抽象方法的声明相匹配。由于默认方法不是抽象的,因此你可以在你的函数式接口里任意添加默认方法。

只包含一个抽象方法的任意接口,我们都可以用来当作lambda表达式的类型。为了让你定义的接口满足要求,你应当在接口前加上 @FunctionalInterface 注解。编译器会注意到这个标注,如果你的接口中定义了第二个抽象方法的话,编译器会抛出异常。

举例:

@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

注意,如果你不写 @FunctionalInterface 注解,程序也是正确的。

方法和构造函数引用

上面的代码实例可以通过静态方法引用,使之更加简洁:

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

Java 8 允许你通过::关键字获取方法或者构造函数的的引用。上面的例子就演示了如何引用一个静态方法。而且,我们还可以对一个对象的方法进行引用:

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

让我们看看如何使用::关键字引用构造函数。首先我们定义一个包含不同的构造方法示例bean:

class Person {
 String firstName;
 String lastName;

 Person() {}

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

接下来,我们定义一个person工厂接口,用来创建新的person对象:

interface PersonFactory<P extends Person> {
 P create(String firstName, String lastName);
}

然后我们通过构造函数引用来把所有东西拼到一起,而不是像以前一样,通过手动实现一个工厂来这么做。

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

我们通过Person::new来创建一个 Person 类构造函数的引用。Java编译器会自动地选择合适的构造函数来匹配 PersonFactory.create 函数的签名,并选择正确的构造函数形式。

Lambda的域 (scope)

访问lambdab表达式外部的变量类似匿名对象。你能够访问局部外部域(local outer scope)的final变量,以及成员变量和静态变量。

访问局部变量

我们可以访问lambda表达式外部的final局部变量:

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

stringConverter.convert(2);// 3

但是与匿名对象不同的是,变量num并不需要一定是final。下面的代码依然是合法的:

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

stringConverter.convert(2);// 3

然而, 变量num 必须隐式地编译成为final类型。下面的代码无法编译:

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

在Lambda表达式中也禁止对局部变量 num 的写。

访问成员变量和静态变量

与局部变量不同,我们在lambda表达式的内部能获取到对成员变量或静态变量的读写权。这种访问行为在匿名对象里是非常典型的。

class Lambda4 {
staticintouterStaticNum;
intouterNum;

voidtestScopes() {
 Converter<Integer, String> stringConverter1 = (from) -> {
 outerNum = 23;
returnString.valueOf(from);
 };

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

访问默认接口方法

还记得第一节里面formula的那个例子么? 接口Formula定义了一个默认的方法sqrt,该方法能够被formula所有的实例以及匿名对象所访问。这个对lambda表达式来讲则无效。

默认方法无法在lambda表达式内部被访问。因此下面的代码是无法通过编译的:

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

内置函数式接口

JDK 1.8 API中包含了很多内置的函数式接口。有些是在以前版本的Java中大家耳熟能详的,例如 Comparator 接口,或者 Runnable 接口。Java8 对这些现成的接口进行了扩展,加上了@FunctionalInterface 注解来标识。

Java 8 API 还提供了很多新的函数式接口,使你的生活更美好。有些新的接口已经在 Google Guava 库 中很有名了。如果你对这些库很熟的话,你甚至闭上眼睛都能够想到,这些接口在类库的实现过程中起了多么大的作用。

Predicate

Predicate是一个布尔类型的函数,该函数只有一个输入参数。Predicate接口包含了多种默认方法,用于处理复杂的逻辑动词(and, or,negate)

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

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

Predicate<Boolean> nonNull = Objects::nonNull;
Predicate<Boolean> isNull = Objects::isNull;

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

Function

Function接口接收一个参数,并返回单一的结果。默认方法可以将多个函数串在一起(compse, andThen)

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

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

Supplier

Supplier接口产生一个给定类型的结果。与Function不同的是,Supplier没有输入参数。

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

Consumer

Consumer代表了在单一的输入参数上需要进行的操作。

Consumer<Person> greeter = (p) -> System.out.println("Hello, "+ p.firstName);
greeter.accept(newPerson("Luke","Skywalker"));

Comparator

Comparator接口在早期的Java版本中非常著名。Java 8 为这个接口添加了不同的默认方法。

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

Person p1 = newPerson("John","Doe");
Person p2 = newPerson("Alice","Wonderland");

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

Optional

Optional不是一个函数式接口,而是一个精巧的工具接口,用来防止NullPointerEception产生。这个概念在下一节会显得很重要,所以我们在这里快速地浏览一下Optional是如何使用的。

Optional是一个简单的值容器,这个值可以是null,也可以是non-null。考虑到一个方法可能会返回一个non-null的值,也可能返回一个空值。为了不直接返回null,我们在Java 8中就返回一个Optional.

Optional<String> optional = Optional.of("bam");

optional.isPresent(); // true
optional.get(); // "bam"
optional.orElse("fallback");// "bam"

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

Stream

java.util.Stream 表示了某种元素的序列,在这些元素上可以进行各种操作。Stream操作可以是中间操作(intermediate ),也可以是完结操作(terminal)。完结操作会返回一个某种类型的值,而中间操作会返回流对象本身,并且你可以通过多次调用同一个流操作方法来将操作结果串起来。Stream是在一个源(source)上创建出来的,例如java.util.Collection 中的 list 或者 set (map不能作为Stream的源)。Stream操作既可以并行也可以串行。

你也应该看看 Stream.js , Java 8 Streams API的 Javascript移植.

我们先了解一下串行流。首先,我们创建string类型的list的源:

List<String> stringCollection = newArrayList<>();
stringCollection.add("ddd2");
stringCollection.add("aaa2");
stringCollection.add("bbb1");
stringCollection.add("aaa1");
stringCollection.add("bbb3");
stringCollection.add("ccc");
stringCollection.add("bbb2");
stringCollection.add("ddd1");

Java 8中的Collections类的功能已经有所增强,你可以之直接通过调用Collections.stream() 或者 Collection.parallelStream() 方法来创建一个流对象。下面的章节会解释这个最常用的操作。

Filter

Filter接受一个predicate接口类型的变量,并将所有流对象中的元素进行过滤。该操作是一个中间操作,因此它允许我们在返回结果的基础上再进行其他的流操作(forEach )。ForEach接受一个consumer,用来执行对每一个元素的操作。ForEach是一个中止操作。它返回 void ,所以我们不能再调用其他的流操作。

stringCollection
 .stream()
 .filter((s) -> s.startsWith("a"))
 .forEach(System.out::println);

// "aaa2", "aaa1"

Sorted

Sorted是一个中间操作,能够返回一个排过序的流对象的视图。流对象中的元素会默认按照自然顺序进行排序,除非你自己指定一个Comparator接口来改变排序规则。

stringCollection
 .stream()
 .sorted()
 .filter((s) -> s.startsWith("a"))
 .forEach(System.out::println);

// "aaa1", "aaa2"

一定要记住, sorted 只是创建一个流对象排序的视图,而不会改变原来集合中元素的顺序。原来string集合中的元素顺序是没有改变的。

System.out.println(stringCollection);
// ddd2, aaa2, bbb1, aaa1, bbb3, ccc, bbb2, ddd1

Map

map是一个对于流对象的中间操作,通过给定的方法,它能够把流对象中的每一个元素映射到另外一个对象上。下面的例子就演示了如何把每个string都转换成大写的string. 不但如此,你还可以把每一种对象映射成为其他类型。对于带泛型结果的流对象,具体的类型还要由传递给map的泛型方法来决定。

stringCollection
 .stream()
 .map(String::toUpperCase)
 .sorted((a, b) -> b.compareTo(a))
 .forEach(System.out::println);

// "DDD2", "DDD1", "CCC", "BBB3", "BBB2", "AAA2", "AAA1"

Match

匹配操作有多种不同的类型,都是用来判断某个predicate 是否与流对象相互吻合的。所有的匹配操作都是终结操作,只返回一个boolean类型的结果。

booleananyStartsWithA =
 stringCollection
 .stream()
 .anyMatch((s) -> s.startsWith("a"));

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

booleanallStartsWithA =
 stringCollection
 .stream()
 .allMatch((s) -> s.startsWith("a"));

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

booleannoneStartsWithZ =
 stringCollection
 .stream()
 .noneMatch((s) -> s.startsWith("z"));

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

Count

Count是一个终结操作,它的作用是返回一个数值,用来标识当前流对象中包含的元素数量。

longstartsWithB =
 stringCollection
 .stream()
 .filter((s) -> s.startsWith("b"))
 .count();

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

Reduce

该操作是一个终结操作,它能够通过某一个方法,对元素进行 reduction 操作。该操作的结果会放在一个Optional变量里返回。

Optional<String> reduced =
 stringCollection
 .stream()
 .sorted()
 .reduce((s1, s2) -> s1 + "#"+ s2);

reduced.ifPresent(System.out::println);
// "aaa1#aaa2#bbb1#bbb2#bbb3#ccc#ddd1#ddd2"

并行流

像上面所说的,流操作可以是串行的,也可以是并行的。串行操作通过单线程执行,而并行操作则通过多线程执行。

下面的例子就演示了如何使用并行流进行操作来提高运行效率,代码非常简单。

首先我们创建一个大的list,里面的元素都是唯一的:

intmax =1000000;
List<String> values = newArrayList<>(max);
for(inti =0; i < max; i++) {
 UUID uuid = UUID.randomUUID();
 values.add(uuid.toString());
}

现在,我们测量一下对这个集合进行排序所使用的时间。

串行排序

longt0 = System.nanoTime();

longcount = values.stream().sorted().count();
System.out.println(count);

longt1 = System.nanoTime();

longmillis = 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

longt0 = System.nanoTime();

longcount = values.parallelStream().sorted().count();
System.out.println(count);

longt1 = System.nanoTime();

longmillis = TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(t1 - t0);
System.out.println(String.format("parallel sort took: %d ms", millis));

// parallel sort took: 472 ms

如你所见,所有的代码段几乎都相同,唯一的不同就是把 stream() 改成了parallelStream() , 结果并行排序快了50%。

Map

正如前面已经提到的那样,map是不支持流操作的, map类没有stream()方法。但是你可以在key, value, entry上产生特定流, 比如下列方法map.keySet().stream() , map.values().stream()map.entrySet().stream()

而更新后的map现在则支持多种实用的新方法,来完成常规的任务。

Map<Integer, String> map = newHashMap<>();

for(inti =0; i <10; i++) {
 map.putIfAbsent(i, "val"+ i);
}

map.forEach((id, val) -> System.out.println(val));

上面的代码风格是完全自解释的: putIfAbsent 避免我们将 null 写入;forEach 接受一个consumer,从而将操作实施到每一个map中的值上。

下面的这个例子展示了如何使用函数在map执行计算操作:

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,我们将学习,当给定一个key值时,如何把一个实例从对应的key中移除:

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");// not found

将map中的实例合并也是非常容易的:

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

合并操作先看map中是否没有特定的key/value存在,如果是,则把key/value存入map,否则merging函数就会被调用,对现有的数值进行修改。

时间日期API

Java 8 包含了全新的时间日期API,这些功能都放在了 java.time 包下。新的时间日期API是参考 Joda-Time 库开发的,但是也 不尽相同 。下面的例子就涵盖了大多数新的API的重要部分。

Clock

Clock提供了对当前时间和日期的访问功能。Clock是对当前时区敏感的,并可用于替代 System.currentTimeMillis() 方法来获取当前的毫秒时间。当前时间线上的时刻可以用 Instance 类来表示。Instance也能够用于创建原先的java.util.Date 对象。

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

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

Timezone

时区类可以用一个 ZoneId 来表示。时区类的对象可以通过静态工厂方法方便地获取。时区类还定义了一个偏移量,用来在当前时刻或某时间与目标时区时间之间进行转换。

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

本地时间类表示一个没有指定时区的时间,例如,10 p.m.或者17:30:15,下面的例子会用上面的例子定义的时区创建两个本地时间对象。然后我们会比较两个时间,并计算它们之间的小时和分钟的不同。

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

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

longhoursBetween = ChronoUnit.HOURS.between(now1, now2);
longminutesBetween = ChronoUnit.MINUTES.between(now1, now2);

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

LocalTime是由多个工厂方法组成,其目的是为了简化对时间对象实例的创建和操作,包括对时间字符串进行解析的操作。

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

本地时间表示了一个独一无二的时间,例如:2014-03-11。这个时间是不可变的,与LocalTime是同源的。下面的例子演示了如何通过加减日,月,年等指标来计算新的日期。记住,每一次操作都会返回一个新的时间对象。

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

解析字符串并形成LocalDate对象,这个操作和解析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表示的是日期-时间。它将刚才介绍的日期对象和时间对象结合起来,形成了一个对象实例。 LocalDateTime 是不可变的,与LocalTime和LocalDate的工作原理相同。我们可以通过调用方法来获取日期时间对象中特定的数据域。

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

longminuteOfDay = sylvester.getLong(ChronoField.MINUTE_OF_DAY);
System.out.println(minuteOfDay); // 1439

如果再加上的时区信息,LocalDateTime能够被转换成Instance实例。Instance能够被转换成以前的java.util.Date对象。

Instant instant = sylvester
 .atZone(ZoneId.systemDefault())
 .toInstant();

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

格式化日期-时间对象就和格式化日期对象或者时间对象一样。除了使用预定义的格式以外,我们还可以创建自定义的格式化对象,然后匹配我们自定义的格式。

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

不同于 java.text.NumberFormat ,新的 DateTimeFormatter 类是不可变的,也是 线程安全 的。

更多的细节,请看 这里

Annotation

Java 8中的注解是可重复的。让我们直接深入看看例子,弄明白它是什么意思。首先,我们定义一个包装注解,它包括了一个实际注解的数组

@interfaceHints {
 Hint[] value();
}

@Repeatable(Hints.class)
@interfaceHint {
 String value();
}

只要在前面加上注解名: @Repeatable ,Java 8 允许我们对同一类型使用多重注解,

变体1:使用注解容器(老方法)

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

变体2:使用可重复注解(新方法)

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

使用变体2,Java编译器能够在内部自动对@Hint进行设置。这对于通过反射来读取注解信息来说,是非常重要的。

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); // 2

尽管我们绝对不会在 Person 类上声明 @Hints 注解,但是它的信息仍然可以通过 getAnnotation(Hints.class) 来读取。并且,g etAnnotationsByType方法会更方便,因为它赋予了所有 @Hints 注解标注的方法直接的访问权限。

此外, Java 8中的注解可以扩展到两个新的类型上:

@Target({ElementType.TYPE_PARAMETER, ElementType.TYPE_USE})
@interfaceMyAnnotation {}

更多资源

我的Java 8编程指南就到此告一段落。如果你想了解JDK 8 API 所有的新增加的类和特性,可以查看我的 JDK8 API Explorer , 它可以帮助你了解JDK 8的新增加的类和隐藏的精华。例如: Arrays.parallelSort , StampedLockCompletableFuture 等等 ———— 我这里只是举几个例子而已。

我也在博客上写了一些文章,你可能会感兴趣:

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