Java 8 簡明教程

importnew發表於2015-11-22

歡迎閱讀我編寫的 Java 8 介紹。本教程將帶領你一步步認識這門語言的所有新特性。通過簡單明瞭的程式碼示例,你將會學習到如何使用預設介面方法,Lambda表示式,方法引用和可重複註解。在這篇教程的最後,你還將對最新推出的API有一定的瞭解,例如:流控制,函式式介面,map擴充套件和新的時間日期API等等。

沒有大段的廢話,只是一些帶註釋的程式碼片段,望君喜歡。

本文最早發表在我的 部落格 上。 你可以在Twitter上 加我

介面中的預設方法

Java 8 允許我們使用default關鍵字,為介面新增非抽象(non-abstract)的方法實現。這個特性又被稱為 擴充套件方法 。下面是我們的第一個例子:

interface Formula {
doublecalculate(inta);

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

在介面 Formula 中,除了抽象方法 caculate 以外,還定義了一個預設方法sqrt。Formula的實現類只需要實現抽象方法caculate就可以了。預設方法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 物件以匿名物件的形式實現了Formula介面。程式碼很囉嗦:用了6行程式碼才實現了一個簡單的計算功能:a*100 開平方根。我們在下一節會看到,Java 8 還有一種更加漂亮的方法,能夠實現只包含單個函式的物件。

Lambda表示式

讓我們從最簡單的例子開始,來學習如何對一個string列表進行排序。我們首先使用Java 8之前的方法來實現:

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

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

靜態工具方法 Collections.sort 接受一個 list,和一個 Comparator 介面作為輸入引數來對,Comparator的實現類可以對輸入的list中的元素進行比較。通常你會建立一個匿名Comparator物件,並把它作為引數傳遞給sort方法。

除了一直以來建立匿名物件的方式外,Java 8 還提供了一種更簡潔的語法,Lambda表示式。

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

如你所見,這段程式碼比之前的更加簡短和易讀。但是,它還可以更加簡短:

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

只要一行程式碼,包含了方法體。你甚至可以連大括號對{}和return關鍵字都省略不要。不過這還不是最短的寫法:

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

List現在有了一個 sort方法。Java編譯器能夠自動識別引數的型別,所以你就可以省略掉型別不寫。讓我們再深入地研究一下lambda表示式的威力吧。

函式式介面

Lambda表示式如何匹配Java的型別系統?每一個lambda都能夠通過一個特定的介面,與一個給定的型別進行匹配。一個所謂的函式式介面必須要 有且僅有一個抽象方法宣告 。每個與之對應的lambda表示式必須要與這個抽象方法的宣告相匹配。由於預設方法不是抽象的,因此你可以在你的函式式介面裡任意新增預設方法。

只包含一個抽象方法的任意介面,我們都可以用來當作lambda表示式的型別。為了讓你定義的介面滿足要求,你應當在介面前加上@FunctionalInterface註解。編譯器會注意到這個標註,如果你的介面中定義了第二個抽象方法的話,編譯器會丟擲異常。

舉例:

@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,如果你不寫@FunctionalInterface註解,程式也是正確的。

方法和建構函式引用

上面的程式碼例項可以通過靜態方法引用,使之更加簡潔:

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

Java 8 允許你通過::關鍵字獲取方法或者建構函式的的引用。上面的例子就演示瞭如何引用一個靜態方法。而且,我們還可以對一個物件的方法進行引用:

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"

讓我們看看如何使用::關鍵字引用建構函式。首先我們定義一個包含不同的構造方法示例bean:

class Person {
 String firstName;
 String lastName;

 Person() {}

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

接下來,我們定義一個person工廠介面,用來建立新的person物件:

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

然後我們通過建構函式引用來把所有東西拼到一起,而不是像以前一樣,通過手動實現一個工廠來這麼做。

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

我們通過Person::new來建立一個Person類建構函式的引用。Java編譯器會自動地選擇合適的建構函式來匹配PersonFactory.create函式的簽名,並選擇正確的建構函式形式。

Lambda的域 (scope)

訪問lambdab表示式外部的變數類似匿名物件。你能夠訪問區域性外部域(local outer scope)的final變數,以及成員變數和靜態變數。

訪問區域性變數

我們可以訪問lambda表示式外部的final區域性變數:

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

stringConverter.convert(2);// 3

但是與匿名物件不同的是,變數num並不需要一定是final。下面的程式碼依然是合法的:

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

stringConverter.convert(2);// 3

然而, 變數num 必須隱式地編譯成為final型別。下面的程式碼無法編譯:

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

在Lambda表示式中也禁止對區域性變數num的寫。

訪問成員變數和靜態變數

與區域性變數不同,我們在lambda表示式的內部能獲取到對成員變數或靜態變數的讀寫權。這種訪問行為在匿名物件裡是非常典型的。

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);
 };
 }
}

訪問預設介面方法

還記得第一節裡面formula的那個例子麼? 介面Formula定義了一個預設的方法sqrt,該方法能夠被formula所有的例項以及匿名物件所訪問。這個對lambda表示式來講則無效。

預設方法無法在lambda表示式內部被訪問。因此下面的程式碼是無法通過編譯的:

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

內建函式式介面

JDK 1.8 API中包含了很多內建的函式式介面。有些是在以前版本的Java中大家耳熟能詳的,例如Comparator介面,或者Runnable介面。Java8 對這些現成的介面進行了擴充套件,加上了@FunctionalInterface 註解來標識。

Java 8 API 還提供了很多新的函式式介面,使你的生活更美好。有些新的介面已經在 Google Guava 庫 中很有名了。如果你對這些庫很熟的話,你甚至閉上眼睛都能夠想到,這些介面在類庫的實現過程中起了多麼大的作用。

Predicate

Predicate是一個布林型別的函式,該函式只有一個輸入引數。Predicate介面包含了多種預設方法,用於處理複雜的邏輯動詞(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介面接收一個引數,並返回單一的結果。預設方法可以將多個函式串在一起(compse, andThen)

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

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

Supplier

Supplier介面產生一個給定型別的結果。與Function不同的是,Supplier沒有輸入引數。

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

Consumer

Consumer代表了在單一的輸入引數上需要進行的操作。

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

Comparator

Comparator介面在早期的Java版本中非常著名。Java 8 為這個介面新增了不同的預設方法。

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不是一個函式式介面,而是一個精巧的工具介面,用來防止NullPointerEception產生。這個概念在下一節會顯得很重要,所以我們在這裡快速地瀏覽一下Optional是如何使用的。

Optional是一個簡單的值容器,這個值可以是null,也可以是non-null。考慮到一個方法可能會返回一個non-null的值,也可能返回一個空值。為了不直接返回null,我們在Java 8中就返回一個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表示了某種元素的序列,在這些元素上可以進行各種操作。Stream操作可以是中間操作(intermediate ),也可以是完結操作(terminal)。完結操作會返回一個某種型別的值,而中間操作會返回流物件本身,並且你可以通過多次呼叫同一個流操作方法來將操作結果串起來。Stream是在一個源(source)上建立出來的,例如java.util.Collection中的list或者set(map不能作為Stream的源)。Stream操作既可以並行也可以序列。

你也應該看看 Stream.js , Java 8 Streams API的 Javascript移植.

我們先了解一下序列流。首先,我們建立string型別的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類的功能已經有所增強,你可以之直接通過呼叫Collections.stream()或者Collection.parallelStream()方法來建立一個流物件。下面的章節會解釋這個最常用的操作。

Filter

Filter接受一個predicate介面型別的變數,並將所有流物件中的元素進行過濾。該操作是一箇中間操作,因此它允許我們在返回結果的基礎上再進行其他的流操作(forEach)。ForEach接受一個consumer,用來執行對每一個元素的操作。ForEach是一箇中止操作。它返回void,所以我們不能再呼叫其他的流操作。

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

// "aaa2", "aaa1"

Sorted

Sorted是一箇中間操作,能夠返回一個排過序的流物件的檢視。流物件中的元素會預設按照自然順序進行排序,除非你自己指定一個Comparator介面來改變排序規則。

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

// "aaa1", "aaa2"

一定要記住,sorted只是建立一個流物件排序的檢視,而不會改變原來集合中元素的順序。原來string集合中的元素順序是沒有改變的。

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

Map

map是一個對於流物件的中間操作,通過給定的方法,它能夠把流物件中的每一個元素對映到另外一個物件上。下面的例子就演示瞭如何把每個string都轉換成大寫的string. 不但如此,你還可以把每一種物件對映成為其他型別。對於帶泛型結果的流物件,具體的型別還要由傳遞給map的泛型方法來決定。

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

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

Match

匹配操作有多種不同的型別,都是用來判斷某個predicate 是否與流物件相互吻合的。所有的匹配操作都是終結操作,只返回一個boolean型別的結果。

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是一個終結操作,它的作用是返回一個數值,用來標識當前流物件中包含的元素數量。

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

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

Reduce

該操作是一個終結操作,它能夠通過某一個方法,對元素進行 reduction 操作。該操作的結果會放在一個Optional變數裡返回。

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

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

並行流

像上面所說的,流操作可以是序列的,也可以是並行的。序列操作通過單執行緒執行,而並行操作則通過多執行緒執行。

下面的例子就演示瞭如何使用並行流進行操作來提高執行效率,程式碼非常簡單。

首先我們建立一個大的list,裡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());
}

現在,我們測量一下對這個集合進行排序所使用的時間。

序列排序

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

並行排序

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

如你所見,所有的程式碼段幾乎都相同,唯一的不同就是把stream()改成了parallelStream(), 結果並行排序快了50%。

Map

正如前面已經提到的那樣,map是不支援流操作的, map類沒有stream()方法。但是你可以在key, value, entry上產生特定流, 比如下列方法map.keySet().stream(),map.values().stream()和map.entrySet().stream()。

而更新後的map現在則支援多種實用的新方法,來完成常規的任務。

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

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

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

上面的程式碼風格是完全自解釋的:putIfAbsent避免我們將null寫入;forEach接受一個consumer,從而將操作實施到每一個map中的值上。

下面的這個例子展示瞭如何使用函式在map執行計算操作:

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

接下來,我們將學習,當給定一個key值時,如何把一個例項從對應的key中移除:

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

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

另一個有用的方法:

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

將map中的例項合併也是非常容易的:

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

合併操作先看map中是否沒有特定的key/value存在,如果是,則把key/value存入map,否則merging函式就會被呼叫,對現有的數值進行修改。

時間日期API

Java 8 包含了全新的時間日期API,這些功能都放在了java.time包下。新的時間日期API是參考 Joda-Time 庫開發的,但是也 不盡相同 。下面的例子就涵蓋了大多數新的API的重要部分。

Clock

Clock提供了對當前時間和日期的訪問功能。Clock是對當前時區敏感的,並可用於替代System.currentTimeMillis()方法來獲取當前的毫秒時間。當前時間線上的時刻可以用Instance類來表示。Instance也能夠用於建立原先的java.util.Date物件。

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

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

Timezone

時區類可以用一個ZoneId來表示。時區類的物件可以通過靜態工廠方法方便地獲取。時區類還定義了一個偏移量,用來在當前時刻或某時間與目標時區時間之間進行轉換。

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

本地時間類表示一個沒有指定時區的時間,例如,10 p.m.或者17:30:15,下面的例子會用上面的例子定義的時區建立兩個本地時間物件。然後我們會比較兩個時間,並計算它們之間的小時和分鐘的不同。

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是由多個工廠方法組成,其目的是為了簡化對時間物件例項的建立和操作,包括對時間字串進行解析的操作。

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

本地時間表示了一個獨一無二的時間,例如:2014-03-11。這個時間是不可變的,與LocalTime是同源的。下面的例子演示瞭如何通過加減日,月,年等指標來計算新的日期。記住,每一次操作都會返回一個新的時間物件。

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

解析字串並形成LocalDate物件,這個操作和解析LocalTime一樣簡單。

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-時間。它將剛才介紹的日期物件和時間物件結合起來,形成了一個物件例項。LocalDateTime是不可變的,與LocalTime和LocalDate的工作原理相同。我們可以通過呼叫方法來獲取日期時間物件中特定的資料域。

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

如果再加上的時區資訊,LocalDateTime能夠被轉換成Instance例項。Instance能夠被轉換成以前的java.util.Date物件。

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-時間物件就和格式化日期物件或者時間物件一樣。除了使用預定義的格式以外,我們還可以建立自定義的格式化物件,然後匹配我們自定義的格式。

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

不同於java.text.NumberFormat,新的DateTimeFormatter類是不可變的,也是 執行緒安全 的。

更多的細節,請看 這裡

Annotation

Java 8中的註解是可重複的。讓我們直接深入看看例子,弄明白它是什麼意思。首先,我們定義一個包裝註解,它包括了一個實際註解的陣列

@interfaceHints {
 Hint[] value();
}

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

只要在前面加上註解名:@Repeatable,Java 8 允許我們對同一型別使用多重註解,

變體1:使用註解容器(老方法)

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

變體2:使用可重複註解(新方法)

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

使用變體2,Java編譯器能夠在內部自動對@Hint進行設定。這對於通過反射來讀取註解資訊來說,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

儘管我們絕對不會在Person類上宣告@Hints註解,但是它的資訊仍然可以通過getAnnotation(Hints.class)來讀取。並且,getAnnotationsByType方法會更方便,因為它賦予了所有@Hints註解標註的方法直接的訪問許可權。

此外, Java 8中的註解可以擴充套件到兩個新的型別上:

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

更多資源

我的Java 8程式設計指南就到此告一段落。如果你想了解JDK 8 API 所有的新增加的類和特性,可以檢視我的 JDK8 API Explorer , 它可以幫助你瞭解JDK 8的新增加的類和隱藏的精華。例如:Arrays.parallelSort,StampedLock和CompletableFuture等等 ———— 我這裡只是舉幾個例子而已。

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