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Java8特性简介

Java8特性简介

作者: yangziwen | 来源:发表于2021-07-26 10:15 被阅读0次

    注:在2017年3月编写的版本的基础上,按简书要求清除了外链,一些外部信息请自行检索

    Java8引入了哪些新特性?

    • Lambda表达式
    • Optional
    • Stream
    • 默认方法
    • CompletableFuture
    • 新的日期和时间api

    为何要关心这些特性

    • 声明式编程 vs 命令式编程
    • 响应式编程 vs 多线程编程
    • 面向函数 vs 面向对象

    Java 8 提供了更多的编程工具和概念,能够以更简洁、更易于维护的方式解决新的和现有的编程问题。


    在Java6,7的环境中使用Java8的新特性

    retrolambda:支持Lambda表达式,方法引用,接口静态方法的backport库
    streamsupport:支持Stream,CompletableFuture,函数接口,Optional的backport库
    threetenbp:支持Java8时间日期api的backport库


    lambda表达式

    Lambda表达式是一个匿名函数,可以作为参数传递给方法或者存储在变量中。
    Lambda表达式有参数列表、函数主体、返回类型,可以抛出异常。
    Java中的lambda表达式仅仅是替代匿名内部类的语法糖

    声明表达式的例子↓

    Runnable run = () -> {};
    
    Runnable run = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
        }
    };
    
    BiFunction<Long, Long, Long> adder = (Long x, Long y) -> { return x + y; };
    
    BiFunction<Long, Long, Long> adder = (x, y) -> x + y;
            
    BiFunction<Long, Long, Long> adder = new BiFunction<Long, Long, Long>() {
        @Override
        public Long apply(Long x, Long y) {
            return x + y;
        }
    };
    
    Consumer<String> sayHi = (String name) -> System.out.println("Hi " + name);
    
    Consumer<String> sayHi = new Consumer<String>() {
        @Override
        public void accept(String name) {
            System.out.println("Hi " + name);
        }
    };
    
    FileFilter filter = f -> f.isDirectory();
    
    FileFilter filter = new FileFilter() {
        @Override
        public boolean accept(File f) {
            return f.isDirectory();
        }
    };
    

    局限性: 必须显式或隐式的通过函数式接口声明Lambda表达式 (表达式相同,函数接口不同,则用途不同)。

    函数式接口: 只定义一个抽象方法的接口 (可通过标注@FunctionalInterface提示编译器进行检查)。

    目标类型: Lambda表达式需要的类型。Lambda表达式的类型会从上下文中推断出来(类似List<String> list = new ArrayList<>;)。

    隐式声明表达式的例子↓

    file.listFiles(f -> f.isFile() && !f.isHidden());
    
    file.listFiles(new FileFilter() {
        @Override
        public boolean accept(File f) {
            return f.isFile() && !f.isHidden();
        }
    });
    
    file.listFiles((dir, name) -> name.endsWith(".class"));
    
    file.listFiles(new FilenameFilter() {
        @Override
        public boolean accept(File dir, String name) {
            return name.endsWith(".class");
        }
    });
    
    List<Integer> list = Arrays.asList(3, 5, 2, 1, 6);
    
    list.sort((a, b) -> a.compareTo(b));
    
    list.sort(new Comparator<Integer>() {
        @Override
        public int compare(Integer a, Integer b) {
            return a.compareTo(b);
        }
    });
    

    常用的函数式接口 (java.util.function.*)↓

    函数式接口 函数描述符 使用场景
    Predicate<T> T → boolean 各种filter
    Consumer<T> T → void forEach的情形
    Supplier<T> () → T 工厂函数
    Function<T, R> T → R 对象转换
    BiFunction<T, U, R> (T, U) → R 对象转换
    UnaryOperator<T> T → T 一元运算符
    BinaryOperator<T> (T, T) → T 二元运算符

    方法引用

    静态方法引用 ↓

    Function<String, Integer> parser = Integer::parseInt;
    
    Function<String, Integer> parser = str -> Integer.parseInt(str);
    

    实例方法引用↓

    List<Integer> list = Arrays.asList(3, 5, 2, 1, 6);
    
    list.sort(Integer::compareTo);
    
    list.sort((a, b) -> a.compareTo(b));
    
    // 下面的语句对应静态方法引用
    list.sort(Integer::compare);
    

    对象方法引用↓

    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
    
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        new Thread(latch::countDown).start();
        // 等价于
        // new Thread(() -> { latch.countDown(); }).start();
    }
    
    latch.await();
    

    构造方法引用↓

    Executors.newCachedThreadPool(Thread::new);
    
    Executors.newCachedThreadPool(r -> new Thread(r));
    
    Executors.newCachedThreadPool(new ThreadFactory() {
        @Override
        public Thread newThread(Runnable r) {
            return new Thread(r);
        }
    });
    

    一些有用的Lambda复合方法 (将多个表达式整合成一个)
    java.util.Comparator提供的复合方法↓

    List<Repo> repos = Arrays.asList(
            new Repo("code-service", true),
            new Repo("code-office", false),
            new Repo("code-browser", true));
    
    repos.sort(Comparator
            .comparing(Repo::isFavorite)
            .reversed()
            .thenComparing(Repo::getName));
    
    repos.stream().forEach(System.out::println);
    

    输出结果↓
    code-browser true code-service true code-office false

    java.util.function.Predicate提供的复合方法↓

    IntPredicate p23 = v -> v % 23 == 0;
    IntPredicate p3 = v -> v % 3 == 0;
    IntPredicate p37 = v -> v % 37 == 0;
    
    IntStream.rangeClosed(1, 100)
        .filter(p23
                .and(p3.negate())
                .or(p37))
        .forEach(v -> System.out.print(v + " "));
    

    输出结果:23 37 46 74 92

    java.util.function.Function提供的复合方法↓

    Function<Integer, Integer> f = x -> x + 1;
    Function<Integer, Integer> g = x -> x * 2;
    Function<Integer, Integer> h = f.andThen(g); // 等价于 x -> (x + 1) * 2
    

    ** 注意事项**

    1. Lambda表达式中的this
      静态方法中声明的Lambda表达式,内部不允许出现this
      类实例的方法中声明的Lambda表达式,内部出现的this直接指向类实例本身
    2. 在表达式内部对外部变量进行引用(打折扣的闭包)
      Lambda表达式内部引用的方法中的局部变量,必须是不可变的(即使未声明final关键字)
    3. Lambda表达式会让栈跟踪的分析变得更困难

    Optional

    “I call it my billion-dollar mistake. ... My goal was to ensure that all use of references should be absolutely safe, with checking performed automatically by the compiler. But I couldn’t resist the temptation to put in a null reference, simply because it was so easy to implement.

    from 《Invention of the null-reference a billion dollar mistake》
    by Tony Hoare

    null的坏处: 缺乏安全感
    String name = revision.getCommit().getCommitter().getName();

    通过使用Optional,消除业务代码中对null的判断

    class RevisionInfo {
        private CommitInfo commit;
        public RevisionInfo(CommitInfo commit) {
            this.commit = commit;
        }
        public CommitInfo getCommit() {
            return commit;
        }
    }
    
    class CommitInfo {
        private String commit;
        private GitPersonInfo committer;
        public CommitInfo(String commit, GitPersonInfo committer){
            this.commit = commit;
            this.committer = committer;
        }
        public String getCommit() {
            return commit;
        }
        public GitPersonInfo getCommitter() {
            return committer;
        }
    }
    
    class GitPersonInfo {
        private String name;
        public GitPersonInfo(String name) {
            this.name = name;
        }
        public String getName() {
            return name;
        }
    }
    
    // 构造数据
    GitPersonInfo personInfo = new GitPersonInfo("yangziwen");
    CommitInfo commitInfo = new CommitInfo("e0f181e", personInfo);
    RevisionInfo revision = new RevisionInfo(commitInfo);
    
    // 不使用Optional的写法
    String name = "";
    if (revision != null) {
        CommitInfo commit = revision.getCommit();
        if (commit != null) {
            GitPersonInfo person = commit.getCommitter();
            if (person != null) {
                name = person.getName();
            }
        }
    }
    
    // 使用Optional的写法
    String name = Optional.ofNullable(revision)
            .map(RevisionInfo::getCommit)
            .map(CommitInfo::getCommitter)
            .map(GitPersonInfo::getName)
            .orElse("");
    
    // 等价的写法
    String name = Optional.ofNullable(revision)
            .map(rev -> rev.getCommit())
            .map(commit -> commit.getCommitter())
            .map(commiter -> commiter.getName())
            .orElse("");
    

    藉此实现了类似groovy中 def name = revision?.commit?.committer?.name?:""的效果

    可通过如下方式创建Optional对象
    Optional<String> optional = Optional.of("hello");
    Optional<String> optional = Optional.ofNullable("world");
    Optional<String> optional = Optional.empty();

    注意事项

    1. Optional类没有实现Serializable接口
    2. 不要在Model或DTO类中直接使用Optional做为字段类型
    3. 尽量不使用Optional的基础类型 (如OptionalInt, OptionalLong)

    Stream

    遍历数据集的高级迭代器
    允许以声明性方式处理数据集合,类似linux中的管道,或者jQuery的集合操作

    List<Integer> list = Arrays.asList(3, 5, 1, 7, 2, 9, 3, 9, 1);
    
    // 去重后,取出最大的三个奇数
    List<Integer> threeBiggestOdds = list.stream()
        .distinct()
        .filter(d -> d % 2 == 1)
        .sorted(Comparator.reverseOrder())
        .limit(3)
        .collect(Collectors.toList());
    
    // 不使用流的方式
    Set<Integer> set = new TreeSet<>(new Comparator<Integer>() {
        @Override
        public int compare(Integer v1, Integer v2) {
            return v2.compareTo(v1);
        }
    });
    for (Integer v : list) {
        if (v % 2 == 1) {
            set.add(v);
        }
    }
    List<Integer> threeBiggestOdds = new ArrayList<>(set).subList(0, 3);
    

    结果[9, 7, 5]

    流的操作
    中间操作:filter, map, sorted, skip, limit等 (继续返回Stream对象)
    终端操作:collect, forEach, min, max, count, anyMatch, findFirst等
    一个Stream对象只能消费(遍历)一次,遍历的执行由终端操作触发

    int[] numbers = {4, 5, 3, 9};
    
    // 求和
    int result = Arrays.stream(numbers).reduce(0, (a, b) -> a + b);
    
    // 等价于
    int result = Arrays.stream(numbers).sum();
    

    数值流

    IntStream intStream = dishList.stream().mapToInt(Dish::getCalories);
    Stream<Integer> stream = intStream.boxed();
    
    IntStream.rangeClosed(1, 100).sum();
    

    并行流

    // 任务被分治拆解后,通过ForkJoinPool并行执行
    List<Integer> threeBiggestOdds = list.parallelStream()  // 直接创建并行流
        .distinct()
        .filter(d -> d % 2 == 1)
        .sorted(Comparator.reverseOrder())
        .limit(3)
        .collect(Collectors.toList());
    
    List<Integer> threeBiggestOdds = list.stream()
        .distinct()
        .filter(d -> d % 2 == 1)
        .parallel()  // 在某一步转换为并行流
        .sorted(Comparator.reverseOrder())
        .limit(3)
        .collect(Collectors.toList());
    

    用流重构代码
    简单的例子
    重构前↓

    public List<GroupMember> getUsersByProduct(Product product, RepoMemberRole role) {
        List<ProductGroupRelation> relations = getProductGroupRelationsByProductId(product.getId());
        List<Long> groupIds = new ArrayList<>();
        for (ProductGroupRelation relation : relations) {
            if (role == null || role == relation.getRole()) {
                groupIds.add(relation.getGroupId());
            }
        }
        return groupService.getMembersByGroupIds(groupIds);
    }
    

    重构后↓

    public List<GroupMember> getusersByProduct(Product product, RepoMemberRole role) {
        return getProductGroupRelationsByProductId(product.getId())
                .stream()
                .filter(rel -> role == null || role == rel.getRole())
                .map(rel -> rel.getGroupId())
                .collect(collectingAndThen(toList(), groupService::getMembersByGroupIds));
    }
    

    复杂一些的例子
    重构前↓

    public List<RepoMember> getRepoUsers(Repo repo) {
        List<RepoMember> users = repoMemberDao.selectRepoMemberByRepoID(repo.getId());
        users.addAll(getRepoUsersViaGroup(repo));
    
        Map<String, RepoMember> userMap = new HashMap<>();
        for (RepoMember user : users) {
            RepoMember prev = userMap.get(user.getUserName());
            if (prev == null) {
                userMap.put(user.getUserName(), user);
                continue;
            }
            if (prev.getRepoMemberRole().hasPermission(user.getRepoMemberRole())) {
                continue;
            }
            userMap.put(user.getUserName(), user);
        }
        List<RepoMember> result = Lists.newArrayList(userMap.values());
        Collections.sort(result, new Comparator<RepoMember>() {
            @Override
            public int compare(RepoMember user1, RepoMember user2) {
                int result = user1.getRepoMemberRole().compareTo(user2.getRepoMemberRole());
                if (result == 0) {
                    result = user1.getUserName().compareTo(user2.getUserName());
                }
                return result;
            }
        });
        return result;
    }
    

    使用流重构后↓

    public List<RepoMember> getRepoUsers(Repo repo) {
        return Stream.concat(
                repoMemberDao.selectRepoMemberByRepoID(repo.getId()).stream(),
                getRepoUsersViaGroup(repo).stream())
            .collect(groupingBy(RepoMember::getUserName))  // 构造userListMap
            .values().stream()
            .map(list -> list.stream().min(comparing(RepoMember::getRepoMemberRole))) // 每个user的最大权限
            .filter(Optional::isPresent)
            .map(Optional::get)
            .sorted(comparing(RepoMember::getRepoMemberRole)
                    .thenComparing(RepoMember::getUserName))  // 先按角色排序,再按用户名排序
            .collect(toList());
    }
    

    注意事项

    1. 并行流只适用于计算密集型的场景,不适合简单计算和IO密集型的场景
    2. 要注意使用流过程中基本类型的拆箱装箱操作对性能的影响

    默认方法

    接口中可定义以default关键字开头的非抽象非静态的方法
    用来对接口进行扩展,可被实现类覆盖(Override)
    默认方法只能调用本接口中的其他抽象方法或默认方法

    // List接口中的sort方法
    @SuppressWarnings({"unchecked", "rawtypes"})
    default void sort(Comparator<? super E> c) {
        Object[] a = this.toArray();
        Arrays.sort(a, (Comparator) c);
        ListIterator<E> i = this.listIterator();
        for (Object e : a) {
            i.next();
            i.set((E) e);
        }
    }
    

    多继承问题
    接口中允许声明默认方法,造成了方法多继承问题的出现

    解决问题的三条规则

    1. 类中声明的方法的优先级高于接口中声明的默认方法

    2. 子接口中的默认方法的优先级高于父接口



    3. 继承了多个接口的类必须通过显示覆盖和调用期望的方法,显式的选择使用哪个默认方法的实现


    interface A {
        default void hello () {
            System.out.println("Hello A");
        }
    }
    
    interface B {
        default void hello() {
            System.out.println("Hello B");
        }
    }
    
    class C implements A, B {
        @Override
        public void hello() {
            A.super.hello();
        }
    }
    

    CompletableFuture

    Future接口只能以阻塞的方式获取结果,因此引入CompletableFuture,从而可以非阻塞(回调)的方式获取和处理结果
    类似jQuery中基于Promise/Deferred模式的ajax api

    辅助代码↓

    static long now() {
        return System.currentTimeMillis();
    }
    
    // 产生一个1s到3s的延迟,模仿IO操作
    static double randomDelay() {
        long t = now();
        sleepQuietly((new Random().nextInt(20) + 10) * 100L);
        return (now() - t) / 1000D;
    }
    
    static void sleepQuietly(Long millis) {
        try {
            Thread.sleep(millis);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
    

    例子1:串行的执行两个IO操作,并通过回调的方式处理结果

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
        long t = now();
        CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("delay before task is " + (now() - t) / 1000D);
            return randomDelay();
        }, executor)
        .thenAccept(d1 -> System.out.println("delay of 1st task is " + d1))
        .thenCompose(d1 -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return randomDelay();
        }, executor))
        .thenAccept(d2 -> System.out.println("delay of 2nd task is " + d2))
        .thenAccept(d2 -> System.out.println("total time is " + (now() - t) / 1000D))
        .thenAcceptAsync(d2 -> executor.shutdown());
    }
    

    例子2:并行的执行两个IO操作,并通过回调的方式处理结果

    static final ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
    
    public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier) {
        return CompletableFuture.supplyAsync(supplier, executor);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        long t = now();
        supplyAsync(() -> {
            System.out.println("delay before task is " + (now() - t) / 1000D);
            return randomDelay();
        }).thenCombine(supplyAsync(() -> {
            return randomDelay();
        }), (d1, d2) -> Arrays.asList(d1, d2))
        .thenAccept(delays -> {
            AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
            delays.stream().forEach(delay -> {
                System.out.println("delay of task" + counter.incrementAndGet() + " is " + delay);
            });
            System.out.println("total delay is " + (now() - t) / 1000D);
        })
        .thenAcceptAsync(delays -> executor.shutdown());
    }
    

    注意事项

    1. 基于Blocking-IO的IO密集型应用不要使用ForkJoinPool (CompletableFuture默认使用ForkJoinPool,因此需指定自定义的线程池)
    2. 在高并发下,线程数的设置可参考如下公式
      其中
      Nthreads:高并发下线程池的理想线程数
      NCPU:CPU内核个数,可通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()获取
      UCPU:CPU总利用率,取值在0到1之间
      W / C:CPU占空比(C为占用的时间,W为空闲的时间)

    新的日期和时间api

    Java曾经在同一个地方摔倒了两次 → Date and Calendar
    new Date(117, 1, 16); // 2017-02-16
    DateFormat // 线程不安全
    Calendar // 仍然不好用 (线程不安全,可变,不支持格式化)

    为了阻止悲剧反复上演,Java8决定整合Joda-Time的特性
    LocalDate / LocalTime / LocalDateTime

    LocalDate date = LocalDate.of(2017, 2, 16);
    
    LocalDate today = LocalDate.now();
    
    LocalDate date = LocalDate.parse("2017-02-16");  // 只抛运行时异常
    
    DateTimeFormatter formatter = new DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy/MM/dd"); // 线程安全
    LocalDate date = LocalDate.parse("2017/02/16", formatter);  // 只抛运行时异常
    

    Period // 按日计的时间间隔
    Duration // 按秒记得时间间隔

    TemporalAdjuster 调整日期时间

    import static java.time.temporal.TemporalAdjusters.*;
    
    LocalDate date = LocalDate.parse("2017-02-16").with(nextOrSame(DayOfWeek.SATURDAY));
    

    时区

    ZonedDateTime time = LocalDateTime.now().atZone(ZoneId.systemDefault());
    
    ZonedDateTime londonTime = time.withZoneSameInstant(ZoneId.of("Europe/London"));
    

    历法
    ThaiBuddhistDate // 泰国佛教历
    MinguoDate // 中华民国历
    JapaneseDate // 日本历
    HijrahDate // 伊斯兰历

    MinguoDate date = MinguoDate.from(LocalDate.parse("2017-02-16"));
    // Minguo ROC 106-02-16
    
    JapaneseDate date = JapaneseDate.from(LocalDate.parse("2017-02-16"));
    // Japanese Heisei 29-02-16
    

    注意事项

    1. 所有的日期和时间对象,都是不可变对象,所以一定是线程安全的
    2. 尽量不用各种其他的历法(ChronoLocalDate),在系统中统一使用LocalDate(ISO-8061的时间和日期标准)
    3. LocalDateTime应用于MyBatis,需要自定义相应类型的handler,实现java.sql.Timestamp与LocalDateTime之间的转换

    更多内容:JAVA 8:健壮、易用的时间/日期API

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