JDK1.8的新特性
1. 前言
JDK1.8已经发布很久了,在很多企业中都已经在使用。并且Spring5、SpringBoot2.0都推荐使用JDK1.8以上版本。所以我们必须与时俱进,拥抱变化。
Jdk8这个版本包含语言、编译器、库、工具和JVM等方面的十多个新特性。在本文中我们将学习以下方面的新特性:
- [Lambda表达式](#2. Lambda表达式)
- [函数式接口](#3. 函数式接口)
- [方法引用](#4. 方法引用)
- [接口的默认方法和静态方法](#5. 接口的默认方法和静态方法)
- [Optional](#6. Optional)
- [Streams](#7. Streams)
- [并行数组](#8. 并行数组)
2. Lambda表达式
函数式编程
Lambda 表达式,也可称为闭包,它是推动 Java 8 发布的最重要新特性。Lambda 允许把函数作为一个方法的参数(函数作为参数传递进方法中)。可以使代码变的更加简洁紧凑。
2.1 基本语法:
(参数列表) -> {代码块}
需要注意:
- 参数类型可省略,编译器可以自己推断
- 如果只有一个参数,圆括号可以省略
- 代码块如果只是一行代码,大括号也可以省略
- 如果代码块是一行,且是有结果的表达式,
return
可以省略
注意:事实上,把Lambda表达式可以看做是匿名内部类的一种简写方式。当然,前提是这个匿名内部类对应的必须是接口,而且接口中必须只有一个函数!Lambda表达式就是直接编写函数的:参数列表、代码体、返回值等信息,用函数来代替完整的匿名内部类
!
2.2 用法示例
示例1:多个参数
准备一个集合:
// 准备一个集合
List<Integer> list = Arrays.asList(10, 5, 25, -15, 20);
假设我们要对集合排序,我们先看JDK7的写法,需要通过匿名内部类来构造一个Comparator
:
// Jdk1.7写法
Collections.sort(list,new Comparator<Integer>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return o1 - o2;
}
});
System.out.println(list);// [-15, 5, 10, 20, 25]
如果是jdk8,我们可以使用新增的集合API:sort(Comparator c)
方法,接收一个比较器,我们用Lambda来代替Comparator
的匿名内部类:
// Jdk1.8写法,参数列表的数据类型可省略:
list.sort((i1,i2) -> { return i1 - i2;});
System.out.println(list);// [-15, 5, 10, 20, 25]
对比一下Comparator
中的compare()
方法,你会发现:这里编写的Lambda表达式,恰恰就是compare()
方法的简写形式,JDK8会把它编译为匿名内部类。是不是简单多了!
别着急,我们发现这里的代码块只有一行代码,符合前面的省略规则,我们可以简写为:
// Jdk8写法
// 因为代码块是一个有返回值的表达式,可以省略大括号以及return
list.sort((i1,i2) -> i1 - i2);
示例2:单个参数
还以刚才的集合为例,现在我们想要遍历集合中的元素,并且打印。
先用jdk1.7的方式:
// JDK1.7遍历并打印集合
for (Integer i : list) {
System.out.println(i);
}
jdk1.8给集合添加了一个方法:foreach()
,接收一个对元素进行操作的函数:
// JDK1.8遍历并打印集合,因为只有一个参数,所以我们可以省略小括号:
list.forEach(i -> System.out.println(i));
实例3:把Lambda赋值给变量
Lambda表达式的实质其实还是匿名内部类,所以我们其实可以把Lambda表达式赋值给某个变量。
// 将一个Lambda表达式赋值给某个接口:
Runnable task = () -> {
// 这里其实是Runnable接口的匿名内部类,我们在编写run方法。
System.out.println("hello lambda!");
};
new Thread(task).start();
不过上面的用法很少见,一般都是直接把Lambda作为参数。
示例4:隐式final
Lambda表达式的实质其实还是匿名内部类,而匿名内部类在访问外部局部变量时,要求变量必须声明为final
!不过我们在使用Lambda表达式时无需声明final
,这并不是说违反了匿名内部类的规则,因为Lambda底层会隐式的把变量设置为final
,在后续的操作中,一定不能修改该变量:
正确示范:
// 定义一个局部变量
int num = -1;
Runnable r = () -> {
// 在Lambda表达式中使用局部变量num,num会被隐式声明为final
System.out.println(num);
};
new Thread(r).start();// -1
错误案例:
// 定义一个局部变量
int num = -1;
Runnable r = () -> {
// 在Lambda表达式中使用局部变量num,num会被隐式声明为final,不能进行任何修改操作
System.out.println(num++);
};
new Thread(r).start();//报错
3. 函数式接口
经过前面的学习,相信大家对于Lambda表达式已经有了初步的了解。总结一下:
- Lambda表达式是接口的匿名内部类的简写形式
- 接口必须满足:内部只有一个函数
其实这样的接口,我们称为函数式接口,我们学过的Runnable
、Comparator
都是函数式接口的典型代表。但是在实践中,函数接口是非常脆弱的,只要有人在接口里添加多一个方法,那么这个接口就不是函数接口了,就会导致编译失败。Java 8提供了一个特殊的注解@FunctionalInterface
来克服上面提到的脆弱性并且显示地表明函数接口。而且jdk8版本中,对很多已经存在的接口都添加了@FunctionalInterface
注解,例如Runnable
接口。
另外,Jdk8默认提供了一些函数式接口供我们使用:
3.1 Function类型接口
@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
// 接收一个参数T,返回一个结果R
R apply(T t);
}
Function代表的是有参数,有返回值的函数。还有很多类似的Function接口:
接口名 | 描述 |
---|---|
BiFunction<T,U,R> |
接收两个T和U类型的参数,并且返回R类型结果的函数 |
DoubleFunction<R> |
接收double类型参数,并且返回R类型结果的函数 |
IntFunction<R> |
接收int类型参数,并且返回R类型结果的函数 |
LongFunction<R> |
接收long类型参数,并且返回R类型结果的函数 |
ToDoubleFunction<T> |
接收T类型参数,并且返回double类型结果 |
ToIntFunction<T> |
接收T类型参数,并且返回int类型结果 |
ToLongFunction<T> |
接收T类型参数,并且返回long类型结果 |
DoubleToIntFunction |
接收double类型参数,返回int类型结果 |
DoubleToLongFunction |
接收double类型参数,返回long类型结果 |
看出规律了吗?这些都是一类函数接口,在Function基础上衍生出的,要么明确了参数不确定返回结果,要么明确结果不知道参数类型,要么两者都知道。
3.2 Consumer系列
@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
// 接收T类型参数,不返回结果
void accept(T t);
}
Consumer系列与Function系列一样,有各种衍生接口,这里不一一列出了。不过都具备类似的特征:那就是不返回任何结果。
3.3 Predicate系列
@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
// 接收T类型参数,返回boolean类型结果
boolean test(T t);
}
Predicate系列参数不固定,但是返回的一定是boolean类型。
3.4 Supplier系列
@FunctionalInterface
public interface Supplier<T> {
// 无需参数,返回一个T类型结果
T get();
}
Supplier系列,英文翻译就是“供应者”,顾名思义:只产出,不收取。所以不接受任何参数,返回T类型结果。
4. 方法引用
方法引用使得开发者可以将已经存在的方法作为变量来传递使用。方法引用可以和Lambda表达式配合使用。
4.1 语法:
总共有四类方法引用:
语法 | 描述 |
---|---|
类名::静态方法名 | 类的静态方法的引用 |
类名::非静态方法名 | 类的非静态方法的引用 |
实例对象::非静态方法名 | 类的指定实例对象的非静态方法引用 |
类名::new | 类的构造方法引用 |
4.2 示例
首先我们编写一个集合工具类,提供一个方法:
public class CollectionUtil{
/**
* 利用function将list集合中的每一个元素转换后形成新的集合返回
* @param list 要转换的源集合
* @param function 转换元素的方式
* @param <T> 源集合的元素类型
* @param <R> 转换后的元素类型
* @return
*/
public static <T,R> List<R> convert(List<T> list, Function<T,R> function){
List<R> result = new ArrayList<>();
list.forEach(t -> result.add(function.apply(t)));
return result;
}
}
可以看到这个方法接收两个参数:
-
List<T> list
:需要进行转换的集合 -
Function<T,R>
:函数接口,接收T类型,返回R类型。用这个函数接口对list中的元素T进行转换,变为R类型
接下来,我们看具体案例:
4.2.1 类的静态方法引用
List<Integer> list = Arrays.asList(1000, 2000, 3000);
我们需要把这个集合中的元素转为十六进制保存,需要调用Integer.toHexString()
方法:
public static String toHexString(int i) {
return toUnsignedString0(i, 4);
}
这个方法接收一个 i 类型,返回一个String
类型,可以用来构造一个Function
的函数接口:
我们先按照Lambda原始写法,传入的Lambda表达式会被编译为Function
接口,接口中通过Integer.toHexString(i)
对原来集合的元素进行转换:
// 通过Lambda表达式实现
List<String> hexList = CollectionUtil.convert(list, i -> Integer.toHexString(i));
System.out.println(hexList);// [3e8, 7d0, bb8]
上面的Lambda表达式代码块中,只有对Integer.toHexString()
方法的引用,没有其它代码,因此我们可以直接把方法作为参数传递,由编译器帮我们处理,这就是静态方法引用:
// 类的静态方法引用
List<String> hexList = CollectionUtil.convert(list, Integer::toHexString;
System.out.println(hexList);// [3e8, 7d0, bb8]
4.2.2 类的非静态方法引用
接下来,我们把刚刚生成的String
集合hexList
中的元素都变成大写,需要借助于String类的toUpperCase()方法:
public String toUpperCase() {
return toUpperCase(Locale.getDefault());
}
这次是非静态方法,不能用类名调用,需要用实例对象,因此与刚刚的实现有一些差别,我们接收集合中的每一个字符串s
。但与上面不同然后s
不是toUpperCase()
的参数,而是调用者:
// 通过Lambda表达式,接收String数据,调用toUpperCase()
List<String> upperList = CollectionUtil.convert(hexList, s -> s.toUpperCase());
System.out.println(upperList);// [3E8, 7D0, BB8]
因为代码体只有对toUpperCase()
的调用,所以可以把方法作为参数引用传递,依然可以简写:
// 类的成员方法
List<String> upperList = CollectionUtil.convert(hexList, String::toUpperCase);
System.out.println(upperList);// [3E8, 7D0, BB8]
4.2.3 指定实例的非静态方法引用
下面一个需求是这样的,我们先定义一个数字Integer num = 2000
,然后用这个数字和集合中的每个数字进行比较,比较的结果放入一个新的集合。比较对象,我们可以用Integer
的compareTo
方法:
public int compareTo(Integer anotherInteger) {
return compare(this.value, anotherInteger.value);
}
先用Lambda实现,
List<Integer> list = Arrays.asList(1000, 2000, 3000);
// 某个对象的成员方法
Integer num = 2000;
List<Integer> compareList = CollectionUtil.convert(list, i -> num.compareTo(i));
System.out.println(compareList);// [1, 0, -1]
与前面类似,这里Lambda的代码块中,依然只有对num.compareTo(i)
的调用,所以可以简写。但是,需要注意的是,这次方法的调用者不是集合的元素,而是一个外部的局部变量num
,因此不能使用 Integer::compareTo
,因为这样是无法确定方法的调用者。要指定调用者,需要用 对象::方法名
的方式:
// 某个对象的成员方法
Integer num = 2000;
List<Integer> compareList = CollectionUtil.convert(list, num::compareTo);
System.out.println(compareList);// [1, 0, -1]
4.2.4 构造函数引用
最后一个场景:把集合中的数字作为毫秒值,构建出Date
对象并放入集合,这里我们就需要用到Date的构造函数:
/**
* @param date the milliseconds since January 1, 1970, 00:00:00 GMT.
* @see java.lang.System#currentTimeMillis()
*/
public Date(long date) {
fastTime = date;
}
我们可以接收集合中的每个元素,然后把元素作为Date
的构造函数参数:
// 将数值类型集合,转为Date类型
List<Date> dateList = CollectionUtil.convert(list, i -> new Date(i));
// 这里遍历元素后需要打印,因此直接把println作为方法引用传递了
dateList.forEach(System.out::println);
上面的Lambda表达式实现方式,代码体只有new Date()
一行代码,因此也可以采用方法引用进行简写。但问题是,构造函数没有名称,我们只能用new
关键字来代替:
// 构造方法
List<Date> dateList = CollectionUtil.convert(list, Date::new);
dateList.forEach(System.out::println);
注意两点:
- 上面代码中的System.out::println 其实是 指定对象System.out的非静态方法println的引用
- 如果构造函数有多个,可能无法区分导致传递失败
5. 接口的默认方法和静态方法
Java 8使用两个新概念扩展了接口的含义:默认方法和静态方法。
5.1 默认方法
默认方法使得开发者可以在 不破坏二进制兼容性的前提下,往现存接口中添加新的方法,即不强制那些实现了该接口的类也同时实现这个新加的方法。
默认方法和抽象方法之间的区别在于抽象方法需要实现,而默认方法不需要。接口提供的默认方法会被接口的实现类继承或者覆写,例子代码如下:
private interface Defaulable {
// Interfaces now allow default methods, the implementer may or
// may not implement (override) them.
default String notRequired() {
return "Default implementation";
}
}
private static class DefaultableImpl implements Defaulable {
}
private static class OverridableImpl implements Defaulable {
@Override
public String notRequired() {
return "Overridden implementation";
}
}
Defaulable接口使用关键字default定义了一个默认方法notRequired()。DefaultableImpl类实现了这个接口,同时默认继承了这个接口中的默认方法;OverridableImpl类也实现了这个接口,但覆写了该接口的默认方法,并提供了一个不同的实现。
5.2 静态方法
Java 8带来的另一个有趣的特性是在接口中可以定义静态方法,我们可以直接用接口调用这些静态方法。例子代码如下:
private interface DefaulableFactory {
// Interfaces now allow static methods
static Defaulable create( Supplier< Defaulable > supplier ) {
return supplier.get();
}
}
下面的代码片段整合了默认方法和静态方法的使用场景:
public static void main( String[] args ) {
// 调用接口的静态方法,并且传递DefaultableImpl的构造函数引用来构建对象
Defaulable defaulable = DefaulableFactory.create( DefaultableImpl::new );
System.out.println( defaulable.notRequired() );
// 调用接口的静态方法,并且传递OverridableImpl的构造函数引用来构建对象
defaulable = DefaulableFactory.create( OverridableImpl::new );
System.out.println( defaulable.notRequired() );
}
这段代码的输出结果如下:
Default implementation
Overridden implementation
由于JVM上的默认方法的实现在字节码层面提供了支持,因此效率非常高。默认方法允许在不打破现有继承体系的基础上改进接口。该特性在官方库中的应用是:给java.util.Collection
接口添加新方法,如stream()
、parallelStream()
、forEach()
和removeIf()
等等。
尽管默认方法有这么多好处,但在实际开发中应该谨慎使用:在复杂的继承体系中,默认方法可能引起歧义和编译错误。如果你想了解更多细节,可以参考官方文档。
6. Optional
Java应用中最常见的bug就是空值异常。
Optional
仅仅是一个容器,可以存放T类型的值或者null
。它提供了一些有用的接口来避免显式的null
检查,可以参考Java 8官方文档了解更多细节。
接下来看一点使用Optional的例子:可能为空的值或者某个类型的值:
Optional< String > fullName = Optional.ofNullable( null );
System.out.println( "Full Name is set? " + fullName.isPresent() );
System.out.println( "Full Name: " + fullName.orElseGet( () -> "[none]" ) );
System.out.println( fullName.map( s -> "Hey " + s + "!" ).orElse( "Hey Stranger!" ) );
如果Optional
实例持有一个非空值,则isPresent()
方法返回true
,否则返回false
;如果Optional
实例持有null
,orElseGet()
方法可以接受一个lambda表达式生成的默认值;map()
方法可以将现有的Optional
实例的值转换成新的值;orElse()
方法与orElseGet()
方法类似,但是在持有null的时候返回传入的默认值,而不是通过Lambda来生成。
上述代码的输出结果如下:
Full Name is set? false
Full Name: [none]
Hey Stranger!
再看下另一个简单的例子:
Optional< String > firstName = Optional.of( "Tom" );
System.out.println( "First Name is set? " + firstName.isPresent() );
System.out.println( "First Name: " + firstName.orElseGet( () -> "[none]" ) );
System.out.println( firstName.map( s -> "Hey " + s + "!" ).orElse( "Hey Stranger!" ) );
System.out.println();
这个例子的输出是:
First Name is set? true
First Name: Tom
Hey Tom!
如果想了解更多的细节,请参考官方文档。
7. Streams
新增的Stream API(java.util.stream)将生成环境的函数式编程引入了Java库中。这是目前为止最大的一次对Java库的完善,以便开发者能够写出更加有效、更加简洁和紧凑的代码。
Steam API极大得简化了集合操作(后面我们会看到不止是集合),首先看下这个叫Task的类:
public class Streams {
private enum Status {
OPEN, CLOSED
};
private static final class Task {
private final Status status;
private final Integer points;
Task( final Status status, final Integer points ) {
this.status = status;
this.points = points;
}
public Integer getPoints() {
return points;
}
public Status getStatus() {
return status;
}
@Override
public String toString() {
return String.format( "[%s, %d]", status, points );
}
}
}
Task类有一个points属性,另外还有两种状态:OPEN或者CLOSED。现在假设有一个task集合:
final Collection< Task > tasks = Arrays.asList(
new Task( Status.OPEN, 5 ),
new Task( Status.OPEN, 13 ),
new Task( Status.CLOSED, 8 )
);
首先看一个问题:在这个task集合中一共有多少个OPEN状态的?计算出它们的points属性和。在Java 8之前,要解决这个问题,则需要使用foreach循环遍历task集合;但是在Java 8中可以利用steams解决:包括一系列元素的列表,并且支持顺序和并行处理。
// Calculate total points of all active tasks using sum()
final long totalPointsOfOpenTasks = tasks
.stream()
.filter( task -> task.getStatus() == Status.OPEN )
.mapToInt( Task::getPoints )
.sum();
System.out.println( "Total points: " + totalPointsOfOpenTasks );
运行这个方法的控制台输出是:
Total points: 18
这里有很多知识点值得说。首先,tasks
集合被转换成steam
表示;其次,在steam
上的filter
操作会过滤掉所有CLOSED
的task
;第三,mapToInt
操作基于tasks
集合中的每个task
实例的Task::getPoints
方法将task
流转换成Integer
集合;最后,通过sum
方法计算总和,得出最后的结果。
在学习下一个例子之前,还需要记住一些steams(点此更多细节)的知识点。Steam之上的操作可分为中间操作和晚期操作。
中间操作会返回一个新的steam——执行一个中间操作(例如filter)并不会执行实际的过滤操作,而是创建一个新的steam,并将原steam中符合条件的元素放入新创建的steam。
晚期操作(例如forEach或者sum),会遍历steam并得出结果或者附带结果;在执行晚期操作之后,steam处理线已经处理完毕,就不能使用了。在几乎所有情况下,晚期操作都是立刻对steam进行遍历。
steam的另一个价值是创造性地支持并行处理(parallel processing)。对于上述的tasks集合,我们可以用下面的代码计算所有task的points之和:
// Calculate total points of all tasks
final double totalPoints = tasks
.stream()
.parallel()
.map( task -> task.getPoints() ) // or map( Task::getPoints )
.reduce( 0, Integer::sum );
System.out.println( "Total points (all tasks): " + totalPoints );
这里我们使用parallel方法并行处理所有的task,并使用reduce方法计算最终的结果。控制台输出如下:
Total points(all tasks): 26.0
对于一个集合,经常需要根据某些条件对其中的元素分组。利用steam提供的API可以很快完成这类任务,代码如下:
// Group tasks by their status
final Map< Status, List< Task > > map = tasks
.stream()
.collect( Collectors.groupingBy( Task::getStatus ) );
System.out.println( map );
控制台的输出如下:
{CLOSED=[[CLOSED, 8]], OPEN=[[OPEN, 5], [OPEN, 13]]}
最后一个关于tasks集合的例子问题是:如何计算集合中每个任务的点数在集合中所占的比重,具体处理的代码如下:
// Calculate the weight of each tasks (as percent of total points)
final Collection< String > result = tasks
.stream() // Stream< String >
.mapToInt( Task::getPoints ) // IntStream
.asLongStream() // LongStream
.mapToDouble( points -> points / totalPoints ) // DoubleStream
.boxed() // Stream< Double >
.mapToLong( weigth -> ( long )( weigth * 100 ) ) // LongStream
.mapToObj( percentage -> percentage + "%" ) // Stream< String>
.collect( Collectors.toList() ); // List< String >
System.out.println( result );
控制台输出结果如下:
[19%, 50%, 30%]
最后,正如之前所说,Steam API不仅可以作用于Java集合,传统的IO操作(从文件或者网络一行一行得读取数据)可以受益于steam处理,这里有一个小例子:
final Path path = new File( filename ).toPath();
try( Stream< String > lines = Files.lines( path, StandardCharsets.UTF_8 ) ) {
lines.onClose( () -> System.out.println("Done!") ).forEach( System.out::println );
}
Stream的方法onClose()
返回一个等价的有额外句柄的Stream,当Stream的close()
方法被调用的时候这个句柄会被执行。Stream API、Lambda表达式还有接口默认方法和静态方法支持的方法引用,是Java 8对软件开发的现代范式的响应。
8. 并行数组
Java8版本新增了很多新的方法,用于支持并行数组处理。最重要的方法是parallelSort()
,可以显著加快多核机器上的数组排序。下面的例子论证了parallexXxx系列的方法:
package com.javacodegeeks.java8.parallel.arrays;
import java.util.Arrays;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;
public class ParallelArrays {
public static void main( String[] args ) {
long[] arrayOfLong = new long [ 20000 ];
Arrays.parallelSetAll( arrayOfLong,
index -> ThreadLocalRandom.current().nextInt( 1000000 ) );
Arrays.stream( arrayOfLong ).limit( 10 ).forEach(
i -> System.out.print( i + " " ) );
System.out.println();
Arrays.parallelSort( arrayOfLong );
Arrays.stream( arrayOfLong ).limit( 10 ).forEach(
i -> System.out.print( i + " " ) );
System.out.println();
}
}
上述这些代码使用parallelSetAll()方法生成20000个随机数,然后使用parallelSort()方法进行排序。这个程序会输出乱序数组和排序数组的前10个元素。上述例子的代码输出的结果是:
Unsorted: 591217 891976 443951 424479 766825 351964 242997 642839 119108 552378
Sorted: 39 220 263 268 325 607 655 678 723 793