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编程语言
精选文摘 Java 8 简明教程   

2014-03-24  编辑 wangguo 有204855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 ImportNew网站的黄小非 翻译自 winterbe。原文作者Benjamin是Pondus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Java 8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API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 Top

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 Top

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<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); } });
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 Top

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<F, T> { T convert(F from); } Converter<String, Integer> 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 Top

上面的代码实例可以通过静态方法引用,使之更加简洁:

Converter<String, Integer> 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<String, String> 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 extends Person> { 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<Person> 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 Top

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<Integer, String> 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<Integer, String> 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<Integer, String> 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<Integer, String> stringConverter1 = (from) -> { outerNum = 23; return String.valueOf(from); }; Converter<Integer, String> 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 Top

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Google Guava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<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();
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<String, Integer> toInteger = Integer::valueOf; Function<String, String> 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<Person> 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<Person> 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<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
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<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"



Streams Top

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<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");
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<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 Top

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<String> 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 Top

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<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 Top

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); // FRIDAY<span style="font-family: Georgia, 'Times New Roman', 'Bitstream Charter', Times, serif; font-size: 13px; line-height: 19px;">Parsing a LocalDate from a string is just as simple as parsing a LocalTime:</span>
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,请看这里



Annotations Top

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 Top

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GitHub上。您可以尽情地fork,并请通过Twitter告诉我您的反馈。

原文链接: winterbe 翻译: ImportNew.com - 黄小非
译文链接: http://www.importnew.com/10360.html


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