java 8 简明教程 -乐鱼入口

2014-03-24  编辑 wangguo 有250842人浏览
java 8已于2014年3月18日正式发布了,新版本带来了诸多改进,包括lambda表达式、streams、日期时间api等等。本文就带你领略java 8的全新特性。



本文由 网站的 翻译自 。原文作者benjamin是软件公司的总工程师,原文内容如下。

引用
java并没有没落,人们很快就会发现这一点

欢迎阅读我编写的介绍。本教程将带领你一步一步地认识这门语言的新特性。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,方法引用和重复注解。看完这篇教程后,你还将对最新推出的有一定的了解,例如:流控制,函数式接口,map扩展和新的时间日期api等等。

允许在接口中有默认方法实现

java 8 允许我们使用default关键字,为接口声明添加非抽象的方法实现。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 {
    double calculate(int a);
 
    default double sqrt(int a) {
        return math.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 = new formula() {
    @override
    public double calculate(int a) {
        return sqrt(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 还有一种更加优美的方法,能够实现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 names = arrays.aslist("peter", "anna", "mike", "xenia");
 
collections.sort(names, new comparator() {
    @override
    public int compare(string a, string b) {
        return b.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,comparator的实现类可以对输入的list中的元素进行比较。通常情况下,你可以直接用创建匿名comparator对象,并把它作为参数传递给sort方法。

除了创建匿名对象以外,java 8 还提供了一种更简洁的方式,lambda表达式。

collections.sort(names, (string a, string b) -> {
    return b.compareto(a);
});

你可以看到,这段代码就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:

collections.sort(names, (a, b) -> b.compareto(a));

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。

任意只包含一个抽象方法的接口,我们都可以用来做成lambda表达式。为了让你定义的接口满足要求,你应当在接口前加上@functionalinterface 标注。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 {
    t convert(f from);
}
 
converter converter = (from) -> integer.valueof(from);
integer converted = converter.convert("123");
system.out.println(converted);    // 123

注意,如果你不写@functionalinterface 标注,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 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) {
        return string.valueof(s.charat(0));
    }
}
 
something something = new something();
converter 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。首先我们定义一个示例bean,包含不同的构造方法:

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 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 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的范围

对于lambdab表达式外部的变量,其访问权限的粒度与匿名对象的方式非常类似。你能够访问局部对应的外部区域的局部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:

final int num = 1;
converter 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:

int num = 1;
converter stringconverter =
        (from) -> string.valueof(from   num);
 
stringconverter.convert(2);     // 3

然而,num在编译的时候被隐式地当做final变量来处理。下面的代码就不合法:

int num = 1;
converter stringconverter =
        (from) -> string.valueof(from   num);
num = 3;

在lambda表达式内部企图改变num的值也是不允许的。

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 {
    static int outerstaticnum;
    int outernum;
 
    void testscopes() {
        converter stringconverter1 = (from) -> {
            outernum = 23;
            return string.valueof(from);
        };
 
        converter stringconverter2 = (from) -> {
            outerstaticnum = 72;
            return string.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,该方法能够访问formula所有的对象实例,包括匿名对象。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。对这些现成的接口进行实现,可以通过@functionalinterface 标注来启用lambda功能支持。

此外,java 8 api 还提供了很多新的函数式接口,来降低程序员的工作负担。有些新的接口已经在库中很有名了。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。

predicates

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 predicate = (s) -> s.length() > 0;
 
predicate.test("foo");              // true
predicate.negate().test("foo");     // false
 
predicate nonnull = objects::nonnull;
predicate isnull = objects::isnull;
 
predicate isempty = string::isempty;
predicate isnotempty = isempty.negate();

functions

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 tointeger = integer::valueof;
function backtostring = tointeger.andthen(string::valueof);
 
backtostring.apply("123");     // "123"

suppliers

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 personsupplier = person::new;
personsupplier.get();   // new person

consumers

consumer代表了在一个输入参数上需要进行的操作。

consumer greeter = (p) -> system.out.println("hello, "   p.firstname);
greeter.accept(new person("luke", "skywalker"));

comparators

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 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

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的工作原理。

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 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

java.util.stream表示了某一种元素的序列,在这些元素上可以进行各种操作。stream操作可以是中间操作,也可以是完结操作。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(就像stringbuffer的append方法一样————译者注)。stream是在一个源的基础上创建出来的,例如java.util.collection中的list或者set(map不能作为stream的源)。stream操作往往可以通过顺序或者并行两种方式来执行。

我们先了解一下序列流。首先,我们通过string类型的list的形式创建示例数据:

list 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function接口类型的变量,用来执行对每一个元素的操作。foreach是一个中止操作。它不返回流,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对应到另外一个对象上。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,都是用来判断某一种规则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。

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

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。

long startswithb = 
    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,对元素进行削减操作。该操作的结果会放在一个optional变量里返回。

optional reduced =
    stringcollection
        .stream()
        .sorted()
        .reduce((s1, s2) -> s1   "#"   s2);
 
reduced.ifpresent(system.out::println);
// "aaa1#aaa2#bbb1#bbb2#bbb3#ccc#ddd1#ddd2"




parallel streams

像上面所说的,流操作可以是顺序的,也可以是并行的。顺序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:

int max = 1000000;
list values = new arraylist<>(max);
for (int i = 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。

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

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

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。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 map = new hashmap<>();
 
for (int i = 0; i < 10; i  ) {
    map.putifabsent(i, "val"   i);
}
 
map.foreach((id, val) -> system.out.println(val));

上面的代码风格是完全自解释的:putifabsent避免我们将null写入;foreach接受一个消费者对象,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来计算map的编码:

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是基于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();
long millis = clock.millis();
 
instant instant = clock.instant();
date legacydate = date.from(instant);   // legacy java.util.date

timezones

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
 
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);    // fridayparsing a localdate from a string is just as simple as parsing a localtime:

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
 
long minuteofday = 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



annotations

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

@interface hints {
    hint[] value();
}
 
@repeatable(hints.class)
@interface hint {
    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,getannotationsbytype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。

@target({elementtype.type_parameter, elementtype.type_use})
@interface myannotation {}




总结

java 8编程指南就到此告一段落。当然,还有很多内容需要进一步研究和说明。这就需要靠读者您来对jdk 8进行探究了,例如:arrays.parallelsort, stampedlock和completablefuture等等 ———— 我这里只是举几个例子而已。

我希望这个博文能够对您有所帮助,也希望您阅读愉快。完整的教程源代码放在了上。您可以尽情地,并请通过告诉我您的反馈。

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