虽然 Java8 已经发布了很长的时间,而且 Java8 中有很多特性可以提升代码的效率和安全,但是大多数 Java 程序员还是没有跨过 Java8 这个坎, Benjamin 在 2014 年写下的这篇 Java8 的入门教程我觉得非常不错,或许可以帮助你跨过 Java8 这个坎。
这份教程会指导你一步一步学习 Java8 的新特性。按照先后顺序,这篇文章中包括以下的内容:接口的 default
方法, lambda
表达式,方法引用,可复用注解,还有一些 API 的更新, streams
,函数式接口, map
的扩展和新的 Date
Api。
本文没有大段的文字,只有带注释的代码片段,希望你能喜欢!
Java8 允许在接口中实现具体的方法,只需要在方法前加上 default
关键字就行。这一特性也称之为 虚拟扩展方法 。这里是第一个例子:
interface Formual { double calculate(int a); default double sqrt(int a) { return Math.sqrt(a); } } 复制代码
在上面的例子中, Formual
接口定义了一个 default
方法 sqrt
,接口的实现类只要需要实现 calculate
方法, sqrt
方法开箱即用。
Formula formula = new Formula() { @Override public double calculate(int a) { return sqrt(a * 100); } }; formula.calculate(100); // 100.0 formula.sqrt(16); // 4.0 复制代码
上面的代码匿名实现了 Formual 接口。代码相当的冗长,用了 6 行代码才实现了 sqrt(a * 100) 的功能。在下一节中可以通过 Java8
的特性优雅的完成这个功能。
先看一下之前版本的 Java 中如何实现对一个字符串 List 进行排序的功能:
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); } }); 复制代码
静态方法 Collection.sort 接收一个字符串 List 和一个字符串的 Comparator 用于比较传入的字符串 List。通常的做法就是实现一个匿名的 Comparator 然后传入到 sort 方法中。
相比于使用匿名方法的冗长实现,Java8 可以通过 lambda 表达式用很短的代码来实现:
Collections.sort(names, (String a, String b) -> { return b.compareTo(a); }); 复制代码
这个代码已经比之前的匿名方法短很多了,但是这个代码还可以更短一点:
Collections.sort(names, (String a, String b) -> b.compareTo(a)); 复制代码
注:使用 Collections.sort(names, (a,b)->b.compareTo(a));
也可以
用一行代码就实现了方法,省略掉了 {}
和 return
关键字。但是其实还可以更短一点:
Collections.sort(names, (a, b) -> b.compareTo(a)); 复制代码
Java 编译器可以根据上下文判断出参数的类型,所以你也可以省略参数的类型。下面来探究一下 lambda 表达式更进阶的用法。
lambda 表达式和如何与 Java 的类型系统相匹配?每个 lambda 表达式都会被接口给定类型,所以每个 函数式接口 都至少声明一个 abstract 方法。每一个 lambda 表达式的参数类型都必须匹配这个抽象方法的参数。由于 default 关键字标识的方法不是抽象方法,可以在接口中添加任意多个 default 方法。
注:每一个 lambda 都是函数式的接口,所以使用了 @FunctionInterface 的 interface 都只能有一个抽象方法
可以将任意只包含一个抽象方法的接口当作 lambda 表达式。为了确保接口满足要求,需要在接口上添加 @FunctionalInterface
注解,如果加上注解接口中不止一个虚拟方法,编译器就会报错。如下的例子:
@FunctionalInterface interface Converter<F, T> { T convert(F from); } 复制代码
Converter<String, Integer> converter = (from) -> Integer.valueOf(from); Integer converted = converter.convert("123"); System.out.println(converted); // 123 复制代码
但是省略 @FunctionalInterface
这个注解后,代码也可以正常工作。
以上的示例代码可以通过静态方法引用进一步简化:
Converter<String, Integer> converter = Integer::valueOf; Integer converted = converter.convert("123"); System.out.println(converted); // 123 复制代码
Java8 允许你使用 :: 来调用静态方法和构造函数的引用。上面的代码展示了如何引用一个静态方法。也可以通过同样的方法来引用对象方法:
class Something { String startsWith(String s) { return String.valueOf(s.charAt(0)); } } 复制代码
Something something = new Something(); Converter<String, String> converter = something::startsWith; String converted = converter.convert("Java"); System.out.println(converted); // "J" 复制代码
注:System.out::println 引用的 println
不是静态方法,因为 System.out 是一个对象
下面让来看看 :: 是如何在构造函数上起作用的。首先定义一个有着不同构造方法的类 Person :
class Person { String firstName; String lastName; Person() {} Person(String firstName, String lastName) { this.firstName = firstName; this.lastName = lastName; } } 复制代码
接下来定义一个 Person 工厂接口来创建新的 Person 对象:
interface PersonFactory<P extends Person> { P create(String firstName, String lastName); } 复制代码
不需要手动实现一个工厂,而是通过构造函数的引用来完成新建 Person 对象:
PersonFactory<Person> personFactory = Person::new; Person person = personFactory.create("Peter", "Parker"); 复制代码
通过 Person::new
来获取到了 Person
类的构造方法引用。然后 Java 编译器会根据 PersonFactory::create
的参数来自动选择合适的构造函数。
注:lambda 、方法引用、构造函数引用都是由 @FunctionalInterface 的实例生成的,只有一个抽象方法的接口默认是一个 @FunctionalInterface,加了 @FunctionalInterface 注解的接口只能有一个抽象方法。
相比于匿名实现的对象,lambda 表达式访问外部变量非常简单。lambda 表达式可以访问本地外部的 final 变量、成员变量和静态变量。
lambda 表达式可以访问外部本地的 final 变量:
final int num = 1; Converter<Integer, String> stringConverter = (from) -> String.valueOf(from + num); stringConverter.convert(2); // 3 复制代码
与匿名方式不同的是,num 变量可以不定义成 final,下面的这些代码也是可以工作的:
int num = 1; Converter<Integer, String> stringConverter = (from) -> String.valueOf(from + num); stringConverter.convert(2); // 3 复制代码
然而 num 变量在编译的过程中会被隐式的编译成 final,下面的代码会出现编译错误:
int num = 1; Converter<Integer, String> stringConverter = (from) -> String.valueOf(from + num); num = 3; 复制代码
在 lambda 表达式中也不能改变 num 的值。
与访问本地变量相反,在 lambda 表达式中对成员变量和静态变量可以进行读和写。这种访问变量的方式在匿名变量中也实现了:
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); }; } } 复制代码
注:外部的变量无法在 lambda 内部完成赋值操作,如果需要从 lambda 中获取到值,可以通过在外部定义一个 final 的 数组 ,将需要带出的值放在数组里面带出来。
还记得前面的 Formula 例子吗?Formula 接口定义了一个默认方法 sqrt 可以在每一个 Formula 的实例(包括匿名实现的对象)中访问。但是默这种方式在 lambda 表达式中不起作用。
默认方法不能通过 lambda 表达式访问,下面的代码无法编译通过:
Formula formula = (a) -> sqrt( a * 100); 复制代码
Java8 包含很多的内置函数式接口。有一些被广泛应用的接口如 Comparator 、Runnable。这些已经存在的接口都通过 @FunctionalInterface 进行了扩展,从而支持 lambda 表达式。
但是 Java8 中也有一些全新的函数式接口可以让你代码写的更轻松。其中一些来自于 Google Guava 库。即使你对这个库已经很熟悉了,但是还是应该密切注意这些接口是如何被一些有用的方法扩展的。
Predicate 是一个参数的布尔函数。这个接口提供了很多的默认函数来组合成复杂的逻辑运算(与、非)。
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(); 复制代码
Function 接收一个参数产生一个结果。默认方法可以用于多个方法组成的方法链。
Function<String, Integer> toInteger = Integer::valueOf; Function<String, String> backToString = toInteger.andThen(String::valueOf); backToString.apply("123"); // "123" 复制代码
Supplier 根据给定的类属性产生一个对象,Supplier 不支持传入参数。
Supplier<Person> personSupplier = Person::new; personSupplier.get(); // new Person 复制代码
Consumer 对输入的参数进行一系列预定义的流程进行处理。
Consumer<Person> greeter = (p) -> System.out.println("Hello, " + p.firstName); greeter.accept(new Person("Luke", "Skywalker")); 复制代码
Comparator 是在老版本的 Java 中就经常被使用的接口, Java8 在这个接口中加入了很多的默认方法。
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 复制代码
Optional 不是一个函数式接口,而是一个消灭 NullPointerException 的好方法。这是下一节会对其原理进行重点讲解,下面来看看 Optional 是如何工作的。
Optional 是包含了一个值的容器,这个值可以为 null,也可以不为 null。考虑到方法可能会返回非 null 的值,也可能什么都不会返回。在 Java8 中,你可以让它不返回 null,或是返回一个 Optional 对象。
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" 复制代码
注:这些内置的函数式接口都加上了 @FuncationalInterface 注解,算是一个语法糖,为不同类型的函数式方法提供了便捷方式,不用重头定义,在后面的 Stream 编程的各个阶段所需要的函数式接口都不同,这些内置的接口也为 Stream 编程做好了准备。
一个 java.util.Stream 代表着一系列可以执行一个或者多个操作的元素。 Stream 操作可以是中间操作,也可以是终端操作。终端操作返回的是类型确定的结果。中间操作返回的是 Stream 对象本身,可以继续在同一行代码里面继续调用其他的方法链。
Stream 对象可以由 java.util.Collection 的对象创建而来,比各类 list 和 set (map 暂时不支持),Stream 可以支持串联和并行操作。
首先来看一下串联操作,通过 List 对象创建一个 Stream 对象:
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"); 复制代码
Java8 中的 Collections 已经被扩展了,可以通过 Collection.stream() 或者 Collection.parallelStream() 来创建 Stream 对象,下面的内容将介绍最常用的 Stream 操作。
Filter接受一个 Predicate 来过滤 Stream 中的所有元素。这个操作是一个中间操作,对过滤的结果可以调用另一个 Stream 操作(比如: forEach)。ForEach 接收一个 Consumer 参数,执行到过滤后的每一个 Stream 元素上。ForEach 是一个终端操作,所以不能在这个操作后调用其他的 Stream 操作。
stringCollection .stream() .filter((s) -> s.startsWith("a")) .forEach(System.out::println); // "aaa2", "aaa1" 复制代码
注:每一个 stream 在执行 forEach
等终端操作之后就不能再继续接 filter
等中间操作。
Sorted是一个中间操作,会返回排好序的 Stream。如果不传入自定义的 Comparator,那么这些元素将会按照自然顺序进行排序。
stringCollection .stream() .sorted() .filter((s) -> s.startsWith("a")) .forEach(System.out::println); // "aaa1", "aaa2" 复制代码
需要注意的是 Sorted 只会对流里面的元素进行排序,而不会去改变原来集合里元素的顺序,在执行 Sorted 操作后,stringCollection 中元素的顺序并没有改变:
System.out.println(stringCollection); // ddd2, aaa2, bbb1, aaa1, bbb3, ccc, bbb2, ddd1 复制代码
Map是一个中间操作,会根据给定的函数把 Stream 中的每一个元素变成另一个对象。下面的例子展示了将每一个字符串转成大写的字符串。你同样也可以使用 Map 将每一个元素转成其他的类型。这个 Stream 的类型取决与你传入到 Map 的中的方法返回的类型。
stringCollection .stream() .map(String::toUpperCase) .sorted((a, b) -> b.compareTo(a)) .forEach(System.out::println); // "DDD2", "DDD1", "CCC", "BBB3", "BBB2", "AAA2", "AAA1" 复制代码
各种各样的 Match 操作可以用于判断一个给定的 Predicate 是否与 Stream 中的元素相匹配。Match 操作是一个终端操作,会返回一个布尔值。
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 复制代码
Count是一个终端操作,会返回一个 long 值来表示 Stream 中元素的个数。
long startsWithB = stringCollection .stream() .filter((s) -> s.startsWith("b")) .count(); System.out.println(startsWithB); // 3 复制代码
Reduce是一个终端操作,会根据给定的方法来操作 Stream 中所有的元素,并且返回一个Optional 类型的值。
Optional<String> reduced = stringCollection .stream() .sorted() .reduce((s1, s2) -> s1 + "#" + s2); reduced.ifPresent(System.out::println);// "aaa1#aaa2#bbb1#bbb2#bbb3#ccc#ddd1#ddd2" 复制代码
注:ifPresent 方法接受一个 Consumer 类型的对象,System.out::println 是一个方法引用,而且 println 是一个接收一个参数且不返回值得函数,刚好符合 Consumer 的定义。
在上文中提到过 Stream 可以是串联的也可以是并行的。 Stream 的串行操作是在单线程上进行的,并行操作是在多线程上并发进行的。
下面的例子展示了使用并行 Stream 来提高程序性能性能。
首先初始化一个有很多元素的 list,其中每个元素都是唯一的:
int max = 1000000; List<String> values = new ArrayList<>(max);for (int i = 0; i < max; i++) { UUID uuid = UUID.randomUUID(); values.add(uuid.toString()); } 复制代码
接下来分别测试一下串联和并行 Stream 操作这个 list 所花的时间。
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 复制代码
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 复制代码
如结果所示,运行这些几乎一样的代码,并行排序大约快了 50%,你仅仅需要将 stream() 改成 parallelStream()。
前面已经提到 Map 不支持 Stream ,但是 Map 已经支持很多新的、有用的方法来完成通常的任务。
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)); 复制代码
从上面的代码可以看出,putIfAbsent 可以不用做 null 的检查,forEach 接受一个 Consumer 来遍历 map 中的每一个元素。
下面的代码展示了如何使 map 的内置方法进行计算:
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 复制代码
下面来学习如何删除一个键所对应的值,只有在输入的值与 Map 中的值相等时,才能删除:
map.remove(3, "val3"); map.get(3); // val33 map.remove(3, "val33"); map.get(3); // null 复制代码
下面这个方法也很有用:
map.getOrDefault(42, "not found"); // not found 复制代码
合并 Map 中的值也相当的简单:
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 复制代码
如果当前的键对应的值不存在,那么就会将输入的值直接放入 Map 中,否则就会调用 Merge 函数来改变现有的值。
Java8 在 java.time 包下有全新的日期和时间的 API。这些新的日期 API完全比得上 Joda-Time ,但是却不完全一样。下面的包括了这些新 API 最重要的部分。
Clock类可以用来访问当前的日期和时间。Clock 可以获取当前的时区,可以替代 System.currentTimeMillis() 来获取当前的毫秒数。当前时间线上的时刻可以使用 Instant 类来表示,Instant 也可以创建原先的 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 复制代码
时区是通过 zoneId 来表示的,zoneId 可以通过静态工厂方法访问到。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] 复制代码
LocalTime表示一个没有时区的时间,比如 10pm 或者 17:30:15。下面的例子为之前定义的时区创建了两个本地时间。然后比较两个时间并且计算两个时间之间在小时和分钟上的差异。
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 复制代码
本地时间可以通过很多工厂方法来创建实例,包括转换字符串来得到实例:
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 复制代码
LocalDate表示一个明确的日期,比如 2017-03-11。它是不可变的,与 LocalTime 完全一致。下面的例子展示了如何在一个日期上增加或者减少天数,月份或者年。需要注意的是每次计算后返回的都是一个新的实例。
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 复制代码
从字符串转变 LocalDate 就像 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 复制代码
LocalDateTime代表一个具体的日期时间,它结合了上面例子中的日期和时间。LocalDateTime 是不可变的,用法和 LocalDate 和 LocalTime 一样。可以使用方法获取 LocalDateTime 实例中某些属性。
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 复制代码
想获取一个时区中其他的信息可以从 Instant 对象中转化来。Instant 实例可以很方便的转成 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 复制代码
格式化 LocalDateTime 对象与格式化 LocalDate 和 LocalTime 对象是一样的,可以使用自定义的格式而不用提前定义好格式.
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 复制代码
与 java.text.NumberFormat 不同,新的 DateTimeFormatter 是不可变而且是线程安全的。
更多的格式化的语法看 这里 。
Java8 中的注解是可复用的,下面有几个例子来演示这个特性。
首先,定义一个注释的包装器,包装了一个数组的的注解:
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) @Target(value={ElementType.TYPE}) @interface Hints { Hint[] value(); } @Repeatable(Hints.class) @interface Hint { String value(); } 复制代码
Java8 允许通过 @Repeatable 在相同的类型上使用多个注解。
旧用法: 使用容器进行注解
@Hints({@Hint("hint1"), @Hint("hint2")}) class Person {} 复制代码
新用法: 使用可复用的注解
@Hint("hint1")@Hint("hint2") class Person {} 复制代码
使用新用法时 Java 编译器隐式的使用了 @Hints 注解。这对于通过反射来读取注解非常重要。
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 复制代码
尽管没有在 Person 类上声明 @Hints 注解,但是它却可以通过 getAnnotation(Hints.class) 获取到。然而,更方便的方法则是通过 getAnnotationByType 直接获取所有使用了 @Hint 的注解。
另外,在 Java8 中使用注解可以扩展到两个新的 Target
@Target({ElementType.TYPE_PARAMETER, ElementType.TYPE_USE}) @interface MyAnnotation {} 复制代码
(完)
原文
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