Java 8 教程

Java 8 教程

 

“Java还活着-人们终于意识到了这一点."

欢迎阅读我对 Java 8 的介绍. 这篇教程会一步步的带领你领略它所有的语言新特性. 通过简短的实例代码你能学到如何使用默认接口方法, lambda表达式, 方法引用以及多重注解. 在文章的最后你会看到很多非常熟悉的 API 的改动如集合流, 函数性接口, map的扩展以及新的Date API.

废话不多说 - 上代码才是王道. 请君品尝!

为接口定义默认方法

Java 8 允许我们利用default 关键字给接口添加默认的方法实现. 这个特性也被成为扩展方法. 这里是我们的第一个例子:

interface Formula {
    double calculate(int a);

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

在接口 Formula 中的抽象方法 calculate 的下面定义了默认方法sqrt. 其实现类只需要实现抽象方法 calculate. 默认方法 sqrt可以被直接使用.

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是个实现了该接口的匿名内部类的对象 . 代码是相当的冗长: 整整6行代码只为了一个简单的计算 sqrt(a * 100). 下个章节中我们就会看到, Java 8中有更好的方式来实现只有一个方法的对象.

Lambda 表达式

我们从一个简单的例子开始, 在之前的Java版本中, 是如何对字符串列表进行排序的:

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

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

静态工具方法 Collections.sort 接收两个参数-一个列表对象和一个用来对这个列表进行排序的比较器对象. 你通常都会直接创建一个匿名内部类的比较器对象, 然后将它作为方法的参数.

为了代替这种创建匿名类对象的方式, Java 8提供了更为简短的语法 lambda 表达式:

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

现在你可以看到代码变得更加简短. 但是这不够:

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

对于只有一行方法体的方法来说, 你可以省略方法体的那对 {} 以及 return 关键字. 但是这还不够:

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

函数接口

那么lambda表达式是如何融入到Java类型系统中的呢? 其实每一个lambda都由一个接口指定对应到某一类型. 这个接口被称为函数接口 , 它只定义了一个抽象方法. 这种类型的所有的lambda表达式都和这个抽象方法相匹配. 默认方法不是抽象的, 所以你可以一个函数接口中定义任意多的默认方法.

只要接口只包含了一个抽象方法, 我们就可以通过lambda表达式的形式来使用它. 为了确保你的接口满足要求, 你必须给它添加@FunctionalInterface 注解. 编译器知道这个注解的含义, 而一旦你想往这个接口中添加其他的抽象方法时, 会出现编译错误.

示例:

@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

请注意就算这个接口上没有@FunctionalInterface注解, 编译器也认为这是有效的.

方法和构造方法的引用

利用静态方法的引用, 上面的示例代码可以进一步的简化:

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::来传递方法或构造方法的引用. 上面的示例演示了如何引用一个静态方法. 同样我们也可以引用示例方法:

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"

让我们看看如何对构造方法使用关键字::. 首先我们定义了一个含有两种不同构造方法的Person bean:

class Person {
    String firstName;
    String lastName;

    Person() {}

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

然后我们指定了一个工厂接口来创建Person对象:

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

除了手动实现这个工厂, 我们可以通过构造方法的引用把它们粘在一起:

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

我们通过 Person::new.创建了Person构造方法的引用. Java编译器会自动根据方法PersonFactory.create的签名来匹配合适的构造方法.

Lambda 的作用域

在lambda表达式中访问外部作用域中的变量的方式和匿名内部类的对象类似. 你可以访问外部的本地作用域中的final变量以及实例字段和静态变量.

访问本地变量

我们可以读取lambda表达式的外部作用域中的final本地变量:

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

stringConverter.convert(2);     // 3

不过和匿名内部类对象有所区别的是变量 num 并不是一定要定义成final. 下面的代码也是正确的:

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

stringConverter.convert(2);     // 3

但是num 被编译器隐式的认为是fianl的. 下面的代码就会编译不过:

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

当然了, 在lambda表达式内部也禁止修改 num 的值.

访问实例字段和静态变量

和本地变量相反的是, 对实例字段和静态字段, 在lambda表达式中可以可以读也可以修改. 这和匿名内部类一致.

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);
        };
    }
}

访问默认接口方法

还记得第一节中的formula例子吗 ? 接口Formula 定义了默认方法 sqrt , 它可以通过任意formula的匿名类对象来访问. 但是它不能在limbda表达式中使用.

默认方法不能通过lambda表达式来访问. 下列的代码不能编译通过:

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

内置的函数接口

JDK 1.8 API内置了大量函数接口. 其中有一些是大家耳熟能详的例如 Comparator 或者Runnable. 这些已经存在的接口都通过注解 @FunctionalInterface 开启了Lambda支持.

当然Java 8 API同样提供了大量的新的函数接口来帮助你活的更轻松点. 有一些新的接口也很有名, 它们来源于 Google Guava 库. 不过即使你熟悉这个库, 也应该睁大双眼来观察这些接口是怎么扩展的.

 

Predicate(断言)

Predicate是一个只有一个参数返回布尔值的函数接口. 这个接口包含各种默认的方法用来创建复杂逻辑计算(与或非)的断言.

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();

Functions(函数)

Functions接收一个参数然后产生一个结果. 默认方法可以用来把多个函数连在一起 (compose, andThen).

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

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

Suppliers(生产者)

Suppliers 为一个指定的泛型对象产生结果. 和Functions不同的是, Suppliers 无需参数.

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

Consumers(消费者)

Consumers 表示在单个输入参数上执行的操作.

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

Comparators(比较器)

Comparators 在老版本Java中比较有名. Java 8 中在这个接口中新增了各种默认方法.

Comparator<Person> 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(选配项)

Optionals 并不是函数接口, 但是它是一个可以防止出现NullPointerException的极好工具. 它是下一节的重要内容, 我们在这里快速的浏览一下它是如何工作的.

Optional 是一个持有有可能为null的值的简单的容器. 有的方法可能会返回值但有时什么也不返回. 在Java 8中使用 Optional 来代替返回 null .

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"

Streams(集合流)

一个 java.util.Stream 表示一个可以执行一个或多个操作的元素序列. 集合流的操作分为中间操作和一次性操作. 一次性操作会返回一个特定类型的结果, 然而中间操作会返回集合流对象本身, 所以你可以在一行使用链式方法调用. 集合流需要在某个源上创建, 例如, 一个 java.util.Collection列表或set集(不支持map). 集合流的操作支持顺序执行和并行执行.

让我们先看看顺序流是如何工作的. 首先我们写一段代码来创建一个字符串列表:

List<String> 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");

Java 8 中的一些集合类已经实现了这个接口, 你可以很简单的通过调用Collection.stream() 或 Collection.parallelStream()来创建一个集合流. 我们在下面的章节中解释一些很通用的集合流操作.

Filter(过滤)

过滤方法接收一个断言对象(predicate)来过滤集合流中所有的元素. 这个操作是一个中间操作, 它允许我们在它之后调用另外一个集合流操作(forEach). 遍历方法(ForEach) 会指定一个针对集合流中每个元素(已过滤)都会被调用的函数. 遍历方法是个一次性操作. 它返回void, 所以我们就不能再调用其他方法了.

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

// "aaa2", "aaa1"

Sorted(排序)

排序方法是一个中间方法, 它的返回值是集合流对象完成了排序后的视图. 默认是按照自然顺序来排序, 除非你指定了一个自定义的 Comparator.

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

// "aaa1", "aaa2"

请注意 sorted 只为这个集合流创建了一个排序后的视图, 它没有真正的改变原始集合的排序. 集合 stringCollection 的排序是不变的:

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

Map(映射)

中间操作 map 通过指定的函数将每个元素转换成其他对象. 下面的例子将每个字符串都转换成大写. 当然你同样可以使用map 来将每个对象转换成其他类型的对象. 所产生的的集合流的泛化类型取决于你为 map指定的函数的泛化类型.

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)

匹配方法是用来检查集合流是否满足一个特定的断言(predicate). 所有的这些操作都是一次性的, 返回的结果都是布尔值.

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

Count(计数)

计数方法是​一个一次性操作, 它返回 long类型的数字, 来表示集合流中元素的个数

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

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

Reduce(规约)

针对集合流的元素, 使用指定的函数规约的一次性操作. 结果是一个持有规约值的Optional 对象.

Optional<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(并行集合流操作)

上面提到了集合流操作可以是顺序的也可以是并行的. 顺序流操作是在一个单一线程中执行的, 而并行流操作是在多个线程中并发执行的.

下面的例子演示了使用并行流是多么的简单.

首先我们创建了一个有非常多元素的列表, 这些元素都不重复:

int max = 1000000;
List<String> values = new ArrayList<>(max);
for (int i = 0; i < max; i++) {
    UUID uuid = UUID.randomUUID();
    values.add(uuid.toString());
}

现在我们记录一下时间, 对它进行排序

Sequential Sort(顺序排序)

long t0 = System.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

Parallel Sort(并行排序)

long t0 = System.nanoTime();

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, 这两个代码片段几乎是相同的, 但是并行排序快了大约 50% . 而你只需要将 stream() 改成 parallelStream().

Map

上面提到了Map并不支持集合流. 但是Map现在新增了许多有用的方法来支持一些通用操作.

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));

上面的代码的功能非常明显: putIfAbsent 帮助我们摆脱null检查; forEach 遍历map中的每一个元素来执行操作.

这个例子说明了如何使用这些工具方法来运算:

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

下面, 我们来学习如何在只有正确映射到了指定值的时候, 移除指定键的元素:

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

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

另外一个有用的方法:

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

更新map中的元素也变得很简单:

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

如果没有元素和指定的键对应, 更新操作会将这个键值对放入map, 如果这个元素存在就会调用更新方法来改变原来的值.

Date API

Java 8 包含了一个全新的日期和时间的API, 在 java.time包下. 新的日期 API可以和 Joda-Time 库相媲美, 不过它们并不一样. 下面的例子涉及到了新API中最重要的部分.

Clock

Clock 提供了对当前日期和时间的访问能力. Clocks 知道时区, 可以用来替代System.currentTimeMillis() 来获取到当前的毫秒值. 时间线上的瞬间的一点也通过类Instant来表示. Instants 可以用来创建传统的 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(时区)是通过 ZoneId来表示. 它们很容易通过静态的工厂方法来访问. Timezones 定义了一些重要偏移量, 在instants 和 本地时间之间转换的时候使用.

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(本地时间)用来表示一个脱离了时区的时间, 例如. 10pm 或 17:30:15. 接着上面定义的时区, 下面的例子中创建了两个本地时间. 然后我们对着两个时间进行了比较并计算它们在小时和分钟上的差.

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

LocalTime 对象可以通过多种工厂方法来方便的创建, 也可以根据时间格式的字符串转换创建.

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(本地日期) 表示一个确定的日期, 例如. 2014-03-11. 它是不可变的, 工作原理和LocalTime类似. 这个例子演示了如何通过新增/减少天/月/年来计算新日期. 请记住, 每一个操作都会返回一个新的实例.

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

从格式化的字符串来创建LocalDate的方式和LocalTime类似:

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(日期时间) 表示一个日期和时间. 它将上面一节的日期和时间组合在了一个实例中. LocalDateTime 是不可变的, 它的工作方式和LocalTime以及LocalDate类似. 我们可以利用它提供的方法来检索一个日期时间中的特定字段:

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

一个timezone的附加信息也可以转换为一个instant对象. Instants可以很方便的转换为传统的日期 java.util.Date.

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date-times和对dates和times的格式化类似. 我们可以创建一个自定义的转换器来取代预定义的准换格式.

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

和java.text.NumberFormat 不同的是, 新的 DateTimeFormatter 是不可变的并且是线程安全的.

更多细节和语法特性请阅读这里.

Annotations(注解)

Java 8支持多重注解了. 我们直接来看个例子就明白了.

首先, 我们定义了一个包含了实际注解数组的包装注解:

@interface Hints {
    Hint[] value();
}

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

Java 8 允许我们在同一个类型上多次使用同一个注解, 只要这个注解声明为@Repeatable.

方式一: 使用包装的注解(老方法)

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

方式二: 使用多重注解(新方法)

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

在使用方式二时, java编译器会隐式的设置 @Hints 注解. 这在使用反射来读取注解信息时很有用.

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

尽管我们未曾在类 Person上定义注解 @Hints , 它还是能通过方法getAnnotation(Hints.class)获取到. 不过, 更为方便的方法是getAnnotationsByType, 它可以直接获取到所有的 @Hint 注解.

另外, Java 8中的多了两种能注解的目标:

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

就这么多

我的Java 8教程到这里就结束了. 但是还有非常多的特性需要去挖掘. 有兴趣的话你可以自己来看看JDK 1.8中到底还有什么牛X闪闪的玩意, 例如.Arrays.parallelSort,StampedLock 以及CompletableFuture -这里只是顺便说一句而已.

希望本教程对你有所帮助. 完整的示例代码在 hosted on GitHub. 大家可以自由的 fork the repository 或者给我一些反馈Twitter.

 

翻译自:http://winterbe.com/posts/2014/03/16/java-8-tutorial/

原作者:Benjamin

译者: 老男孩