Java 8 簡明中文教程

jopen 10年前發布 | 51K 次閱讀 Java 8 Java開發

歡迎閱讀我編寫的Java 8介紹。本教程將帶領你一步一步地認識這門語言的新特性。通過簡單明了的代碼示例，你將會學習到如何使用默認接口方法，Lambda表達式，方法引用和重復注解。看完這篇教程后，你還將對最新推出的API有一定的了解，例如：流控制，函數式接口，map擴展和新的時間日期API等等。

允許在接口中有默認方法實現

Java 8 允許我們使用default關鍵字，為接口聲明添加非抽象的方法實現。這個特性又被稱為擴展方法。下面是我們的第一個例子：

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，還定義了一個默認方法sqrt。Formula的實現類只需要實現抽象方法caculate就可以了。默認方法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對象以匿名對象的形式實現了Formula接口。代碼很啰嗦：用了6行代碼才實現了一個簡單的計算功能：a*100開平方根。我們在下一節會看到，Java 8 還有一種更加優美的方法，能夠實現包含單個函數的對象。

Lambda表達式

讓我們從最簡單的例子開始，來學習如何對一個string列表進行排序。我們首先使用Java 8之前的方法來實現：

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);
    }
});

靜態工具方法Collections.sort接受一個list，和一個Comparator接口作為輸入參數，Comparator的實現類可以對輸入的list中的元素進行比較。通常情況下，你可以直接用創建匿名Comparator對象，并把它作為參數傳遞給sort方法。

除了創建匿名對象以外，Java 8 還提供了一種更簡潔的方式，Lambda表達式。

Collections.sort(names, (String a, String b) -> {
    return b.compareTo(a);
});

你可以看到，這段代碼就比之前的更加簡短和易讀。但是，它還可以更加簡短：

Collections.sort(names, (String a, String b) -> b.compareTo(a));

只要一行代碼，包含了方法體。你甚至可以連大括號對{}和return關鍵字都省略不要。不過這還不是最短的寫法：

Collections.sort(names, (a, b) -> b.compareTo(a));

Java編譯器能夠自動識別參數的類型，所以你就可以省略掉類型不寫。讓我們再深入地研究一下lambda表達式的威力吧。

函數式接口

Lambda表達式如何匹配Java的類型系統？每一個lambda都能夠通過一個特定的接口，與一個給定的類型進行匹配。一個所謂的函數式接口必須要有且僅有一個抽象方法聲明。每個與之對應的lambda表達式必須要與抽象方法的聲明相匹配。由于默認方法不是抽象的，因此你可以在你的函數式接口里任意添加默認方法。

任意只包含一個抽象方法的接口，我們都可以用來做成lambda表達式。為了讓你定義的接口滿足要求，你應當在接口前加上@FunctionalInterface 標注。編譯器會注意到這個標注，如果你的接口中定義了第二個抽象方法的話，編譯器會拋出異常。

舉例：

@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，如果你不寫@FunctionalInterface 標注，程序也是正確的。

方法和構造函數引用

上面的代碼實例可以通過靜態方法引用，使之更加簡潔：

Converter<String, Integer> converter = Integer::valueOf;
Integer converted = converter.convert("123");
System.out.println(converted);   // 123

Java 8 允許你通過::關鍵字獲取方法或者構造函數的的引用。上面的例子就演示了如何引用一個靜態方法。而且，我們還可以對一個對象的方法進行引用：

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"

讓我們看看如何使用::關鍵字引用構造函數。首先我們定義一個示例bean，包含不同的構造方法：

class Person {
    String firstName;
    String lastName;

    Person() {}

    Person(String firstName, String lastName) {
        this.firstName = firstName;
        this.lastName = lastName;
    }
}

接下來，我們定義一個person工廠接口，用來創建新的person對象：

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

然后我們通過構造函數引用來把所有東西拼到一起，而不是像以前一樣，通過手動實現一個工廠來這么做。

PersonFactory<Person> personFactory = Person::new;
Person person = personFactory.create("Peter", "Parker");

我們通過Person::new來創建一個Person類構造函數的引用。Java編譯器會自動地選擇合適的構造函數來匹配PersonFactory.create函數的簽名，并選擇正確的構造函數形式。

Lambda的范圍

對于lambdab表達式外部的變量，其訪問權限的粒度與匿名對象的方式非常類似。你能夠訪問局部對應的外部區域的局部final變量，以及成員變量和靜態變量。

訪問局部變量

我們可以訪問lambda表達式外部的final局部變量：

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

stringConverter.convert(2);     // 3

但是與匿名對象不同的是，變量num并不需要一定是final。下面的代碼依然是合法的：

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

stringConverter.convert(2);     // 3

然而，num在編譯的時候被隱式地當做final變量來處理。下面的代碼就不合法：

int num = 1;
Converter<Integer, String> stringConverter =
        (from) -> String.valueOf(from + num);
num = 3;

在lambda表達式內部企圖改變num的值也是不允許的。

訪問成員變量和靜態變量

與局部變量不同，我們在lambda表達式的內部能獲取到對成員變量或靜態變量的讀寫權。這種訪問行為在匿名對象里是非常典型的。

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);
        };
    }
}

訪問默認接口方法

還記得第一節里面formula的那個例子么？接口Formula定義了一個默認的方法sqrt，該方法能夠訪問formula所有的對象實例，包括匿名對象。這個對lambda表達式來講則無效。

默認方法無法在lambda表達式內部被訪問。因此下面的代碼是無法通過編譯的：

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

內置函數式接口

JDK 1.8 API中包含了很多內置的函數式接口。有些是在以前版本的Java中大家耳熟能詳的，例如Comparator接口，或者Runnable接口。對這些現成的接口進行實現，可以通過@FunctionalInterface 標注來啟用Lambda功能支持。

此外，Java 8 API 還提供了很多新的函數式接口，來降低程序員的工作負擔。有些新的接口已經在Google Guava庫中很有名了。如果你對這些庫很熟的話，你甚至閉上眼睛都能夠想到，這些接口在類庫的實現過程中起了多么大的作用。

Predicates

Predicate是一個布爾類型的函數，該函數只有一個輸入參數。Predicate接口包含了多種默認方法，用于處理復雜的邏輯動詞（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接口接收一個參數，并返回單一的結果。默認方法可以將多個函數串在一起（compse, andThen）

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

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

Suppliers

Supplier接口產生一個給定類型的結果。與Function不同的是，Supplier沒有輸入參數。

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

Consumers

Consumer代表了在一個輸入參數上需要進行的操作。

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 為這個接口添加了不同的默認方法。

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不是一個函數式接口，而是一個精巧的工具接口，用來防止NullPointerEception產生。這個概念在下一節會顯得很重要，所以我們在這里快速地瀏覽一下Optional的工作原理。

Optional是一個簡單的值容器，這個值可以是null，也可以是non-null。考慮到一個方法可能會返回一個non-null的值，也可能返回一個空值。為了不直接返回null，我們在Java 8中就返回一個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

java.util.Stream表示了某一種元素的序列，在這些元素上可以進行各種操作。Stream操作可以是中間操作，也可以是完結操作。完結操作會返回一個某種類型的值，而中間操作會返回流對象本身，并且你可以通過多次調用同一個流操作方法來將操作結果串起來（就像StringBuffer的append方法一樣————譯者注）。Stream是在一個源的基礎上創建出來的，例如java.util.Collection中的list或者set（map不能作為Stream的源）。Stream操作往往可以通過順序或者并行兩種方式來執行。

我們先了解一下序列流。首先，我們通過string類型的list的形式創建示例數據：

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類的功能已經有所增強，你可以之直接通過調用Collections.stream()或者Collection.parallelStream()方法來創建一個流對象。下面的章節會解釋這個最常用的操作。

Filter

Filter接受一個predicate接口類型的變量，并將所有流對象中的元素進行過濾。該操作是一個中間操作，因此它允許我們在返回結果的基礎上再進行其他的流操作（forEach）。ForEach接受一個function接口類型的變量，用來執行對每一個元素的操作。ForEach是一個中止操作。它不返回流，所以我們不能再調用其他的流操作。

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

// "aaa2", "aaa1"

Sorted

Sorted是一個中間操作，能夠返回一個排過序的流對象的視圖。流對象中的元素會默認按照自然順序進行排序，除非你自己指定一個Comparator接口來改變排序規則。

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

// "aaa1", "aaa2"

一定要記住，sorted只是創建一個流對象排序的視圖，而不會改變原來集合中元素的順序。原來string集合中的元素順序是沒有改變的。

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

Map

map是一個對于流對象的中間操作，通過給定的方法，它能夠把流對象中的每一個元素對應到另外一個對象上。下面的例子就演示了如何把每個string都轉換成大寫的string. 不但如此，你還可以把每一種對象映射成為其他類型。對于帶泛型結果的流對象，具體的類型還要由傳遞給map的泛型方法來決定。

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

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

Match

匹配操作有多種不同的類型，都是用來判斷某一種規則是否與流對象相互吻合的。所有的匹配操作都是終結操作，只返回一個boolean類型的結果。

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是一個終結操作，它的作用是返回一個數值，用來標識當前流對象中包含的元素數量。

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

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

Reduce

該操作是一個終結操作，它能夠通過某一個方法，對元素進行削減操作。該操作的結果會放在一個Optional變量里返回。

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

像上面所說的，流操作可以是順序的，也可以是并行的。順序操作通過單線程執行，而并行操作則通過多線程執行。

下面的例子就演示了如何使用并行流進行操作來提高運行效率，代碼非常簡單。

首先我們創建一個大的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());
}

現在，我們測量一下對這個集合進行排序所使用的時間。

順序排序

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

如你所見，所有的代碼段幾乎都相同，唯一的不同就是把stream()改成了parallelStream(), 結果并行排序快了50%。

Map

正如前面已經提到的那樣，map是不支持流操作的。而更新后的map現在則支持多種實用的新方法，來完成常規的任務。

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));

上面的代碼風格是完全自解釋的：putIfAbsent避免我們將null寫入；forEach接受一個消費者對象，從而將操作實施到每一個map中的值上。

下面的這個例子展示了如何使用函數來計算map的編碼

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

接下來，我們將學習，當給定一個key值時，如何把一個實例從對應的key中移除：

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

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

另一個有用的方法：

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

將map中的實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中是否沒有特定的key/value存在，如果是，則把key/value存入map，否則merging函數就會被調用，對現有的數值進行修改。

時間日期API

Java 8 包含了全新的時間日期API，這些功能都放在了java.time包下。新的時間日期API是基于Joda-Time庫開發的，但是也不盡相同。下面的例子就涵蓋了大多數新的API的重要部分。

Clock

Clock提供了對當前時間和日期的訪問功能。Clock是對當前時區敏感的，并可用于替代System.currentTimeMillis()方法來獲取當前的毫秒時間。當前時間線上的時刻可以用Instance類來表示。Instance也能夠用于創建原先的java.util.Date對象。

Clock clock = Clock.systemDefaultZone();
long millis = clock.millis();

Instant instant = clock.instant();
Date legacyDate = Date.from(instant);   // legacy java.util.Date

Timezones

時區類可以用一個ZoneId來表示。時區類的對象可以通過靜態工廠方法方便地獲取。時區類還定義了一個偏移量，用來在當前時刻或某時間與目標時區時間之間進行轉換。

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

本地時間類表示一個沒有指定時區的時間，例如，10 p.m.或者17：30:15，下面的例子會用上面的例子定義的時區創建兩個本地時間對象。然后我們會比較兩個時間，并計算它們之間的小時和分鐘的不同。

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是由多個工廠方法組成，其目的是為了簡化對時間對象實例的創建和操作，包括對時間字符串進行解析的操作。

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

本地時間表示了一個獨一無二的時間，例如：2014-03-11。這個時間是不可變的，與LocalTime是同源的。下面的例子演示了如何通過加減日，月，年等指標來計算新的日期。記住，每一次操作都會返回一個新的時間對象。

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對象，這個操作和解析LocalTime一樣簡單。

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-時間。它將剛才介紹的日期對象和時間對象結合起來，形成了一個對象實例。LocalDateTime是不可變的，與LocalTime和LocalDate的工作原理相同。我們可以通過調用方法來獲取日期時間對象中特定的數據域。

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

如果再加上的時區信息，LocalDateTime能夠被轉換成Instance實例。Instance能夠被轉換成以前的java.util.Date對象。

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-時間對象就和格式化日期對象或者時間對象一樣。除了使用預定義的格式以外，我們還可以創建自定義的格式化對象，然后匹配我們自定義的格式。

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類是不可變的，也是線程安全的。

更多的細節，請看這里

Annotations

Java 8中的注解是可重復的。讓我們直接深入看看例子，弄明白它是什么意思。

首先，我們定義一個包裝注解，它包括了一個實際注解的數組

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

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

只要在前面加上注解名：@Repeatable，Java 8 允許我們對同一類型使用多重注解，

變體1：使用注解容器（老方法）

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

變體2：使用可重復注解（新方法）

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

使用變體2，Java編譯器能夠在內部自動對@Hint進行設置。這對于通過反射來讀取注解信息來說，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

盡管我們絕對不會在Person類上聲明@Hints注解，但是它的信息仍然可以通過getAnnotation(Hints.class)來讀取。并且，getAnnotationsByType方法會更方便，因為它賦予了所有@Hints注解標注的方法直接的訪問權限。

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

先到這里

我的Java 8編程指南就到此告一段落。當然，還有很多內容需要進一步研究和說明。這就需要靠讀者您來對JDK 8進行探究了，例如：Arrays.parallelSort, StampedLock和CompletableFuture等等 ———— 我這里只是舉幾個例子而已。

我希望這個博文能夠對您有所幫助，也希望您閱讀愉快。完整的教程源代碼放在了GitHub上。您可以盡情地fork，并請通過推ter告訴我您的反饋。

原文鏈接： winterbe 翻譯： ImportNew.com - 黃小非
譯文鏈接： http://www.importnew.com/10360.html

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