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Java 8 简明教程

2014-09-11 1043
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简介： 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。
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 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：  
Java代码  
interface Formula {  
  • double calculate(int a);  
  •    
  • default double sqrt(int a) {  
  • return Math.sqrt(a);  
  •     }  
  •  

    Java代码  
    Formula formula = new Formula() {  
  • @Override  
  • public double calculate(int a) {  
  • return sqrt(a * 100);  
  •     }  
  • };  
  •    
  • // 100.0  
  • // 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：  
Java代码  
List<String> names = Arrays.asList("peter", "anna", "mike", "xenia");  
  •    
  • new Comparator<String>() {  
  • @Override  
  • public int compare(String a, String b) {  
  • return b.compareTo(a);  
  •     }  
  •  

    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。 
    Java代码  
    Collections.sort(names, (String a, String b) -> {  
  • return b.compareTo(a);  
  •  

    Java代码  
    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： 
Java代码  
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： 
Java代码  
@FunctionalInterface  
  • interface Converter<F, T> {  
  •     T convert(F from);  
  • }  
  •    
  • Converter<String, Integer> converter = (from) -> Integer.valueOf(from);  
  • "123");  
  • // 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：  
Java代码  
Converter<String, Integer> converter = Integer::valueOf;  
  • "123");  
  • // 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： 
Java代码  
class Something {  
  •     String startsWith(String s) {  
  • return String.valueOf(s.charAt(0));  
  •     }  
  • }  
  •    
  • new Something();  
  • Converter<String, String> converter = something::startsWith;  
  • "Java");  
  • // "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： 
Java代码  
class Person {  
  •     String firstName;  
  •     String lastName;  
  •    
  •     Person() {}  
  •    
  •     Person(String firstName, String lastName) {  
  • this.firstName = firstName;  
  • this.lastName = lastName;  
  •     }  
  •  

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

    Java代码  
    PersonFactory<Person> personFactory = Person::new;  
  • "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： 
Java代码  
final int num = 1;  
  • Converter<Integer, String> stringConverter =  
  •         (from) -> String.valueOf(from + num);  
  •    
  • // 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： 
Java代码  
int num = 1;  
  • Converter<Integer, String> stringConverter =  
  •         (from) -> String.valueOf(from + num);  
  •    
  • // 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： 
Java代码  
int num = 1;  
  • Converter<Integer, String> stringConverter =  
  •         (from) -> String.valueOf(from + 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。 
Java代码  
class Lambda4 {  
  • static int outerStaticNum;  
  • int outerNum;  
  •    
  • void testScopes() {  
  •         Converter<Integer, String> stringConverter1 = (from) -> {  
  • 23;  
  • return String.valueOf(from);  
  •         };  
  •    
  •         Converter<Integer, String> stringConverter2 = (from) -> {  
  • 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： 
    Java代码  
    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）： 
Java代码  
Predicate<String> predicate = (s) -> s.length() > 0;  
  •    
  • // true  
  • // false  
  •    
  • Predicate<Boolean> nonNull = Objects::nonNull;  
  • Predicate<Boolean> isNull = Objects::isNull;  
  •    
  • Predicate<String> isEmpty = String::isEmpty;  
  • 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）： 
    Java代码  
    Function<String, Integer> toInteger = Integer::valueOf;  
  • Function<String, String> backToString = toInteger.andThen(String::valueOf);  
  •    
  • // "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。 
Java代码  
Supplier<Person> personSupplier = Person::new;  
  • // new Person  

Consumers 

Consumer代表了在一个输入参数上需要进行的操作。 
Java代码  
Consumer<Person> greeter = (p) -> System.out.println("Hello, " + p.firstName);  
  • 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。 
Java代码  
Comparator<Person> comparator = (p1, p2) -> p1.firstName.compareTo(p2.firstName);  
  •    
  • new Person("John", "Doe");  
  • new Person("Alice", "Wonderland");  
  •    
  • // > 0  
  • // < 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。 
Java代码  
Optional<String> optional = Optional.of("bam");  
  •    
  • // true  
  • // "bam"  
  • // "bam"  
  •    
  • 0)));     // "b"  




StreamsTop

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： 
Java代码  
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");  
  •  

    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。 
    Java代码  
    stringCollection  
  •     .stream()  
  • "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。 
Java代码  
stringCollection  
  •     .stream()  
  •     .sorted()  
  • "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。 
Java代码  
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。 
Java代码  
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。 
Java代码  
boolean anyStartsWithA =   
  •     stringCollection  
  •         .stream()  
  • "a"));  
  •    
  • // true  
  •    
  • boolean allStartsWithA =   
  •     stringCollection  
  •         .stream()  
  • "a"));  
  •    
  • // false  
  •    
  • boolean noneStartsWithZ =   
  •     stringCollection  
  •         .stream()  
  • "z"));  
  •    
  • // 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。 
Java代码  
long startsWithB =   
  •     stringCollection  
  •         .stream()  
  • "b"))  
  •         .count();  
  •    
  • // 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。 
Java代码  
Optional<String> reduced =  
  •     stringCollection  
  •         .stream()  
  •         .sorted()  
  • "#" + s2);  
  •    
  • reduced.ifPresent(System.out::println);  
  • // "aaa1#aaa2#bbb1#bbb2#bbb3#ccc#ddd1#ddd2"  




Parallel StreamsTop

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： 
Java代码  
int max = 1000000;  
  • new ArrayList<>(max);  
  • for (int i = 0; i < max; i++) {  
  •     UUID uuid = UUID.randomUUID();  
  •     values.add(uuid.toString());  
  •  

    顺序排序 
    Java代码  
    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);  
  • , millis));  
  •    
  • // sequential sort took: 899 ms  

并行排序 
Java代码  
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);  
  • , 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%。 

MapTop

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。  
Java代码  
Map<Integer, String> map = new HashMap<>();  
  •    
  • for (int i = 0; i < 10; i++) {  
  • "val" + i);  
  • }  
  •    
  •  

    下面的这个例子展示了如何使用函数来计算map的编码： 
    Java代码  
    map.computeIfPresent(3, (num, val) -> val + num);  
  • // val33  
  •    
  • null);  
  • // false  
  •    
  • "val" + num);  
  • // true  
  •    
  • "bam");  
  • // 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： 
Java代码  
map.remove(3, "val3");  
  • // val33  
  •    
  • "val33");  
  • // null  

另一个有用的方法： 
Java代码  
map.getOrDefault(42, "not found");  // not found  

将map中的实例合并也是非常容易的： 
Java代码  
map.merge(9, "val9", (value, newValue) -> value.concat(newValue));  
  • // val9  
  •    
  • "concat", (value, newValue) -> value.concat(newValue));  
  • // 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APITop

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。 
Java代码  
Clock clock = Clock.systemDefaultZone();  
  • long millis = clock.millis();  
  •    
  • Instant instant = clock.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。 
Java代码  
System.out.println(ZoneId.getAvailableZoneIds());  
  • // prints all available timezone ids  
  •    
  • "Europe/Berlin");  
  • "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。 
Java代码  
LocalTime now1 = LocalTime.now(zone1);  
  • LocalTime now2 = LocalTime.now(zone2);  
  •    
  • // false  
  •    
  • long hoursBetween = ChronoUnit.HOURS.between(now1, now2);  
  • long minutesBetween = ChronoUnit.MINUTES.between(now1, now2);  
  •    
  • // -3  
  • // -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。 
Java代码  
LocalTime late = LocalTime.of(23, 59, 59);  
  • // 23:59:59  
  •    
  • DateTimeFormatter germanFormatter =  
  •     DateTimeFormatter  
  •         .ofLocalizedTime(FormatStyle.SHORT)  
  •         .withLocale(Locale.GERMAN);  
  •    
  • "13:37", germanFormatter);  
  • // 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。 
Java代码  
LocalDate today = LocalDate.now();  
  • 1, ChronoUnit.DAYS);  
  • 2);  
  •    
  • 2014, Month.JULY, 4);  
  • DayOfWeek dayOfWeek = independenceDay.getDayOfWeek();  
  • // 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。 
Java代码  
DateTimeFormatter germanFormatter =  
  •     DateTimeFormatter  
  •         .ofLocalizedDate(FormatStyle.MEDIUM)  
  •         .withLocale(Locale.GERMAN);  
  •    
  • "24.12.2014", germanFormatter);  
  • // 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。 
Java代码  
LocalDateTime sylvester = LocalDateTime.of(2014, Month.DECEMBER, 31, 23, 59, 59);  
  •    
  • DayOfWeek dayOfWeek = sylvester.getDayOfWeek();  
  • // WEDNESDAY  
  •    
  • Month month = sylvester.getMonth();  
  • // DECEMBER  
  •    
  • long minuteOfDay = sylvester.getLong(ChronoField.MINUTE_OF_DAY);  
  • // 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。 
Java代码  
Instant instant = sylvester  
  •         .atZone(ZoneId.systemDefault())  
  •         .toInstant();  
  •    
  • Date legacyDate = Date.from(instant);  
  • // 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。 
Java代码  
DateTimeFormatter formatter =  
  •     DateTimeFormatter  
  • "MMM dd, yyyy - HH:mm");  
  •    
  • "Nov 03, 2014 - 07:13", formatter);  
  • String string = formatter.format(parsed);  
  • // 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 

AnnotationsTop

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 
Java代码  
@interface Hints {  
  •     Hint[] value();  
  • }  
  •    
  • class)  
  • @interface Hint {  
  •     String value();  
  •  

    变体1：使用注解容器（老方法）： 
    Java代码  
    @Hints({@Hint("hint1"), @Hint("hint2")})  
  • class Person {}  

变体2：使用可重复注解（新方法）： 
Java代码  
@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。 
Java代码  
Hint hint = Person.class.getAnnotation(Hint.class);  
  • // null  
  •    
  • class.getAnnotation(Hints.class);  
  • // 2  
  •    
  • class.getAnnotationsByType(Hint.class);  
  • // 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。 
Java代码  
@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
文章标签：
Java
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