Java8新特性教程

2021-08-13 09:08:00


欢迎阅读我的java8新特性介绍教程。本教程将一步一步的引领你浏览所有新的语言特性。伴随着一些简单且简短的代码示例，你将学习如何使用默认接口方法，lambda表示式，方法引用和可重复的annotation。 在阅读完本篇文章，你将对新加入的和更新的API有着更详细的了解。这些API包括流、功能接口、扩展的map以及新的Date API。

接口的默认方法

Java8允许开发者通过使用关键字 default  向接口中加入非抽象方法。这一新的特性被称之为扩展方法。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);
    }
}
在抽象方法calculator之外，接口Formula还定义了一个默认方法sqrt。实现类只需要实现抽象方法calculate。默认方法sqrt可以在定义之外使用。如： 
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被实现为一个匿名类。代码有点啰嗦：六行代码里就就只有一句简单的计算：sqrt(a*100)。我们将在下面部分看到一种用java8实现的更加简洁的办法。

Lambda表达式

让我们使用一个简单的例子来展示在java8以前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);
    }
});
这个静态工具方法Collections.sort接受一个列表和一个用于元素比较的比较器。你会发现自己会经常创建匿名类并把它们传递给排序方法。
为了不用整天创建这些匿名类，java8带来了一个非常简短的语法--lambda表达式：
Collections.sort(names, (String a, String b) -> {
    return b.compareTo(a);
});
现在的代码已经变得简短和便于阅读。但是，实际上，它可以变得更加简短：
Collections.sort(names, (String a, String b) -> b.compareTo(a));
对于这种一行代码体的表达式，你可以直接省略掉大括号{}和return关键字。它就变成下面这种更加简短的写法：
Collections.sort(names, (a, b) -> b.compareTo(a));
java编译器能够探测到这些参数的类型，这样使得的你可以直接跳过它们。下面我们来解答为什么lambda表示式可以这样随意的使用。

功能性接口

lambda表达式是如何和java系统的类型进行对应的？每个lambda表达式都对应一个指定的类型，这个指定的类型是由接口确定的。该接口被称之为功能性接口，它必须且恰好只包含一个抽象方法声明。被指定接口类型所对应的lambda表达式刚好和这个接口的抽象方法想匹配。因为默认方法不是抽象的，因此你可以在你的功能性接口中添加多个默认方法。

我们可以将任意的接口用作lambda表示式，只要该接口仅仅包含一个抽象方法。为了确保你定义的接口达到要求，你可以在接口上添加@FunctionInterface注解。编译器可以检测到该注解并判断你的接口是否满足条件，如果 你定义的接口包含多个抽象方法时，编译器便会报错。

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
如果FunctionInterface注解被添加，你定义的接口将总会被检测。

方法和构造函数引用

前部分的示例在使用静态方法引用的情况下可以被进一步的简化：
Converter<String, Integer> converter = Integer::valueOf;
Integer converted = converter.convert("123");
System.out.println(converted);   // 123
java8可以让你通过关键字::来传递方法和构造函数的引用。上面的示例展示了如何引用一个静态方法。我们同样也可以引用对象方法。
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"
现在我们将看到关键字::如何为构造函数工作。首先我们定义一个拥有不同构造函数的bean类：
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用来创建类person的工厂接口：


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


不使用通常的手动实现工厂类，我们通过使用构造函数将所有的工作联合在一起：




PersonFactory<Person> personFactory = Person::new;
Person person = personFactory.create("Peter", "Parker");
我们通过Person::new创建一个指向Person构造函数的引用。java编译器自动的选择正确的构造函数来匹配PersonFactory.create的函数签名。


Lambda范围

在lambda表达式里访问外部变量和匿名类的方式是十分相似的。你可以在lambda中访问外部的final变量，访问实例字段和静态变量的方法也是如此。


访问本地变量


我们可以访问在lambda表示式之外的本地final变量：




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

stringConverter.convert(2);     // 3



但是和匿名变量不同的是变量num不必强制的被声明为final。下面的代码依然是合法的：




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

stringConverter.convert(2);     // 3
但是实际上，变量num在编译期是被隐式的转换为fianl类型的。下面的代码是不能被成功的编译的：




int num = 1;
Converter<Integer, String> stringConverter =
        (from) -> String.valueOf(from + num);
num = 3;
在lambda表达式内部向变量num写入值同样是不允许的。


访问对象字段和静态变量


和访问本地变量相反，我们在lambda表达式里即可以读取也可以写入对象字段和静态变量。这一准则同样适用于匿名类。







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);
        };
    }
}


访问接口默认方法




还记得第一部分的formula示例么？接口formula定义了一个默认方法sqrt，这个方法可以被formula的实例和匿名实例所访问。


但是这个方法不能被lambda表达式所访问。





默认方法不能被lambda表示式内部的代码访问。下面的代码不能通过编译。




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


内建的功能性接口




JDK1.8包括了许多功能性接口。它们中的一些是老版本中被熟知的接口，例如Comparator和Runnable。这些已存在的接口已经通过@FunctionalInterface注解扩展为支持Lambda表达式。





同时Java8的API也包含了很多新的功能性接口简化你的开发。一些新的接口是来自非常出名的Google Guava库。即使你已经对这库十分熟悉了，你也应当留意下这些接口是如何被扩展的。


断言接口（Predicates）


Predicates是只拥有一个参数的Boolean型功能的接口。这个接口拥有多个默认方法用于构成predicates复杂的逻辑术语。




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();


功能接口（Functions）




Functions接受一个参数并产生一个结果。默认方法能够用于将多个函数链接在一起。


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

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


供应接口（Suppliers）


Suppliers对于给定的泛型类型产生一个实例。不同于Functions，Suppliers不需要任何参数。




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


消费接口（Consumers）




Consumers代表在只有一个输入参数时操作被如何执行。




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


比较接口（Comparators）


Comparators在老版本中就已经被熟知。Java8向该接口中添加了多种默认方法。


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


选项接口（Optionals）

Optionals并不是功能性接口，反而它是一种特殊的工具用来阻止NullPointerException。我们首先快速的浏览Optionals是如何工作的，因为它在下一章节是十分重要的概念。





Optional是一种可以包含null和non-null值的简单容器。考虑到方法可以返回non-null结果，偶尔也可能任何都不返回。在Java8中，你可以返回Optional而不是返回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"


流接口（Streams）

java.util.Stream代表着一串你可以在其上进行多种操作的元素。流操作既可以是连续的也可以是中断的。中断操作返回操作结果。而连续操作返回流本身，这样你就可以在该行上继续操作。流是创建在数据源上的，例如：java.util.Collection、list集合和set集合。流操作既可以顺序执行也可以并行执行。


我们首先了解下顺序的流是如何工作的。我们首先创建一个字符串链表。




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");
Java8的Collections类已经被扩展了，你可以简单的调用Collection.stream()或者Collection.parallelSteam()来创建流。下面部分将介绍大部分流操作。


Filter


Filter接受一个predicate来过滤流中的所有元素。这个操作是连续的，它可以让我们在结果上继续调用另外一个流操作forEach。ForEach接受一个consumer，它被用来对过滤流中的每个元素执行操作。ForEach是一个中断操作，因此我们不能在ForEach后调用其他流操作。




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

// "aaa2", "aaa1"


Sorted




Sorted是一个连续操作，它返回流的已排序版本。如果你没有显示的指定Comparator，那么流中元素的排序规则为默认的。




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

// "aaa1", "aaa2"




需要注意的是sorted只创建了流的排序结果，它并没有改变集合中元素的排序位置。stringCollection中元素排序是没有改变的。




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


Map




连续性操作map通过指定的Function将流中的每个元素转变为另外的对象。下面的示例将每个字符串转换为大写的字符串。此外，你也可以使用map将每个元素的类型改变为其它类型。转换后流的泛型类型依赖于你传入的Function的泛型类型。




stringCollection
    .stream()
    .map(String::toUpperCase)
    .sorted((a, b) -> b.compareTo(a))
    .forEach(System.out::println);

// "DDD2", "DDD1", "CCC", "BBB3", "BBB2", "AAA2", "AAA1"


Match




各种匹配操作可以用来检测是否某种predicate和流中元素相匹配。所有的这些操作是中断的并返回一个boolean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是中断型操作，它返回流中的元素数量。




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

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


Reduce




这个中断性操作使用指定的function对流中元素实施消减策略。此操作的返回值是一个包括所有被消减元素的Optional。




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




在前面部分我们提到流可以是顺序的也可以是并行的。顺序流的操作是在单线程上执行的，而并行流的操作是在多线程上并发执行的。





随后的例子我们展示了并行流可以多么容易的提高性能。





首先，我们创建一个包含唯一元素的大容器：




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




现在我们开始测试排序这些元素需要多长时间。





Sequential Sort




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




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
你会观察到这两种模式的代码基本上市一致的，但是并行排序所花费的时间大约是顺序排序的一半。


Map


我们已经提到maps不支持流。然而现在maps包括了许多新的非常有用的方法用于执行通用任务。




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));


上述的代码应该很清晰了：putIfAbsent使得我们不用写是否为null值的检测语句；forEach使用consumer来对map中的每个元素进行操作。


下面的例子向我们展示使用功能性函数在map里执行代码：




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，我们将学习如何删除给定键所对应的元素。删除操作还需要满足给定的值需要和map中的值想等：




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

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




其他一些帮助性方法：




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




合并map中的实体是十分容易的：




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




如果map不存在指定的键，那么它将把该键值对key/value加入map中。反而，如果存在，它将调用function来进行合并操作。




Date API

Java8在包java.time下面包括了一款新的date和time的API。新的Date API和Joda-Time库是相兼容的，但是它们不是一样的。下面的示例覆盖了新API中的重要部分。


Clock


Clock提供了访问当前日期和时间的方法。Clock是时区敏感的并且它可以被用来替代System.currentTimeMillis进行获取当前毫秒数。同时，时间轴上的时间点是可以用类Instant来表示的。Instants可以被用来创建遗留的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被用来表示ZoneId。它们可以通过静态工厂方法访问。TImeZones定义了时差，它在instants和本地日期时间转换上十分重要。




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




本地时间代表了一个和时区无关的时间，e.g. 10pm or 17:30:15. 下面的示例创建了前部分展示的两个时区的本地时间。然后，我们将比较这两个时间并计算出这两个时间在小时和分钟数上的差异。




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
LocalTime包含了多个工厂方法用来简化创建过程，其中也包括通过字符串来创建时间：




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代表了一个可区分日期，e.g. 2014-03-11。 它是不变的同时工作原理类似于LocalTime。下面的例子描绘了通过加减年，月，日来计算出一个新的日期。需要注意的是这每个操作都返回一个新的实例。




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
从字符串解析出LocalDate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代表日期和时间。它将我们前部分看到的时间和日期组合进一个实例。LocalDateTime是不可变的并且它的工作原理和LocalTime和LocalDate十分相似。


我们可以从date-time中获取某些字段值：




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
在一些额外的时区信息帮助下，它可以被转换为instant。Instants可以被容易的转换为遗留的java.util.Date类型。




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date-time的过程和格式date和time基本上是一样的。在使用系统自带的定义格式时，我们也可以定义我们自己的格式：




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
和java.text.NumberFormat不一样的是DateTimeFormatter是不可变的并且是类型安全的。





如果想了解详细的格式语法，可以阅读这里。


Annotations


Java8中的Annotations是可重复。现在我们深入的学习一个例子来理解它。





首先，我们定义一个包装注解，它包含了一个实际注解的数组。




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

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



Java8可以使同一个注解类型同时使用多次，只要我们在注解声明时使用@Repeatable。





情景1：使用容器注解




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



情景2：使用可重复注解




@Hint("hint1")
@Hint("hint2")
class Person {}
在第二种情景下，java编译器隐式的在该注解使用中加入@Hints。这种后期处理在通过反射获取注解是十分重要的。




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
虽然我们从来没有在类Person上声明@Hints注解，但该信息还是可以通过getAnnotation(Hint.class)获得。　此外，getAnnotationsByType是一种更加便利的方法，它可以保证我们访问所有使用的@Hint注解。





此外，Java8中注解的使用范围扩展到两种新的类型：




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



总结


我的Java8语言特性教程到此就结束了。此外还有很多新的内容需要阐述。去不去了解JDK8中的这些非常棒的特性取决于你，这些特性包括有Arrays.parallelSort，StampedLock，CompletableFuture  ---即使列举名字也有很多了。我已经在网站上把这些特性都列举出来了，你可以去哪里看看。










原文地址: http://winterbe.com/posts/2014/03/16/java-8-tutorial/












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