java8特性随记

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原创 2024-10-08 21:40:40 1k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Java 8 至 Java 23 版本特性对比表 Java 8 至 Java 23 版本特性对比阅读详情

接口的默认方法

Java 8 使我们能够通过使用关键字default将非抽象方法实现添加到接口中。

这是我们的第一个示例：

interface Formula {
    double calculate(int a);
 
    default double sqrt(int a) {
        return Math.sqrt(a);
    }

}

除了抽象方法，接口还定义了默认方法。具体类只需要实现抽象方法。默认方法可以开箱即用。

Formula formula = new Formula() {
    @Override
    public double calculate(int a) {
        return sqrt(a * 100);
    }
};

formula.calculate(100);     // 100.0
formula.sqrt(16);           // 4.0

该公式是作为匿名对象实现的。代码非常冗长：6 行代码用于如此简单的计算sqrt(a * 100)。正如我们将在下一节中看到的，在 Java 8 中实现单方法对象有一种更好的方法。

Lambda 表达式

让我们从一个简单的例子开始，说明如何在早期版本的 Java 中对字符串列表进行排序：

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);
    }
});

静态实用程序方法接受一个列表和一个比较器，以便对给定列表的元素进行排序Collections.sort。您经常发现自己创建了匿名比较器并将它们传递给排序方法。

Java 8 不是整天创建匿名对象，而是提供了更短的语法，即 lambda 表达式：

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

正如你所看到的，代码要短得多，更易于阅读。对于一行方法主体，您可以跳过大括号{}和关键字return，使它变得更短。

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

List接口同样存在方法sort成员方法，java 编译器知道参数类型，因此您也可以跳过它们。

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

Functional接口

lambda 表达式如何合理的适配 Java 类？

每个 lambda 对应于一个给定的类型，由接口指定。所谓的函数接口必须只包含一个抽象方法声明。该类型的每个 lambda 表达式都将与此抽象方法匹配。由于默认方法不是抽象的，因此您可以自由地将默认方法添加到函数接口中。

我们可以使用任意接口作为 lambda 表达式，只要该接口只包含一个抽象方法即可。为确保你的接口满足要求，你应该添加@FunctionalInterface注解。编译器会识别到此注解，并在你尝试向接口添加第二个抽象方法声明时立即引发编译器错误。

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

请记住，如果省略注解@FunctionalInterface，代码也有效。

方法和构造函数引用

上面的示例代码可以通过使用静态方法引用来进一步简化：

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

Java 8 允许您通过关键字::传递方法或构造函数的引用。上面的示例演示如何引用静态方法。但是我们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"

让我们看看关键字::如何为构造函数工作。首先，我们定义一个具有不同构造函数的示例类：

class Person {
    String firstName;
    String lastName;

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

}

接下来，我们指定一个用于创建新人员的人员工厂接口：

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

我们不是手动实现工厂，而是通过构造函数引用将所有内容粘合在一起：

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

我们通过创建一个对 Person 构造函数的引用Person::new。Java 编译器通过匹配调用PersonFactory.create来自动选择正确的构造函数。

Lambda 作用域

从 lambda 表达式访问外部作用域变量与匿名对象非常相似。您可以从局部外部作用域以及实例字段和静态变量访问最终变量。

访问局部变量
我们可以从 lambda 表达式的外部作用域读取最终的局部变量：

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

stringConverter.convert(2);     // 3

但与匿名对象不同的是，num变量不必声明为最终变量。此代码也有效：

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

stringConverter.convert(2);     // 3

但是num必须是隐式的最终版本才能编译。以下代码不编译：

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

也禁止num从 lambda 表达式中写入。

访问字段和静态变量

与局部变量相比，我们可以从 lambda 表达式中读取和写入实例字段和静态变量。这种行为在匿名对象中是众所周知的。

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

还记得第一部分的示例吗？Formula接口定义了一个默认方法，可以从每个公式实例（包括匿名对象）访问该方法。这不适用于 lambda 表达式。

无法从 lambda 表达式中访问默认方法sqrt。以下代码不编译：

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

内置功能接口

JDK 1.8 API 包含许多内置功能接口。其中一些在旧版本的 Java 中是众所周知的，例如 Comparator或Runnable 。这些现有接口已扩展为通过注解@FunctionalInterface启用 Lambda 表达式支持。

但 Java 8 API 也新添了很多功能接口，让编码更加简洁。

Predicate

Predicate是一个参数的布尔值函数。该接口包含各种默认方法，用于将谓词组合为复杂的逻辑术语（和、或否定）

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();

Function

Function接受一个参数并生成结果。默认方法可用于将多个函数链接在一起（compose 和 Then）。

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

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

Supplier

Supplier生成给定泛型类型的结果。与Function不同，Supplier不接受参数。

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

Consumer

Consumer表示要对单个输入参数执行的操作。

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

Comparator

Comparator在旧版本的 Java 中是众所周知的。Java 8 向接口添加了各种默认方法。

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

Optional

Optional不是功能接口，而是要帮助我们优雅的处理NullPointerException。

Optional是值的简单容器，该值可以是 null 或非 null。想想一个方法，它可能返回一个非 null 结果，但有时什么都不返回，在 Java 8 中，你可以返回一个Optional而避免返回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"

Streams

一个Stream流可以表示可以对其执行一个或多个操作的元素序列。流操作可以是中间操作，也可以是终端操作。终端操作返回特定类型的结果，而中间操作返回流本身，因此可以连续链接多个方法调用。流是在源上创建的，如java.util.Collection中的List和Set等（不支持Map）。流操作可以按顺序执行，也可以并行执行。

让我们先看看顺序流是如何工作的。首先，我们以字符串列表的形式创建一个示例源数据：

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 中的集合进行了扩展，因此您可以简单地通过调用Collection.stream() 或Collection.parallelStream() 来创建流，以下是几种常见的流操作。

Filter

Filter 接受一个Predicate来筛选流的所有元素。此操作是中间操作，它使我们能够对结果调用另一个流操作（forEach）。ForEach 接受要为筛选流中的每个元素执行的使用者。ForEach 是一个终端操作。它是void ，因此我们不能调用另一个流操作。

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

// "aaa2", "aaa1"

Sorted

Sorted 是一个中间操作，它返回流的排序视图。元素按自然顺序排序，除非你传递自定义的Comparator。

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

// "aaa1", "aaa2"

请记住，sorted只会创建流的排序情况，而不会操作集合源数据stringCollection的顺序。

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

Map

中间操作map通过给定的函数将每个元素转换为另一个对象。下面的示例将每个字符串转换为大写字符串。但您也可以使用map将每个对象转换为另一种类型。生成的流的泛型类型取决于传递给map的函数的泛型类型。

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

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

Match

可以使用各种匹配操作来检查某个谓词是否与流匹配。所有这些操作都是终端操作，并返回布尔结果。

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 是一个终端操作，返回long

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

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

Reduce

reduce操作使用给定函数对流的元素执行简化合并，返回的结果是一个简化后的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

如上所述，流可以是有序的，也可以是并行的。对有序流的操作在单个线程上执行，而对并行流的操作在多个线程上并发执行。

下面的例子将说明使用并行流提高性能是多么容易。

首先，我们创建一个大型唯一元素列表：

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，我们测量对此集合的流进行排序所需的时间。

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

正如你所看到的，两个代码片段几乎相同，但并行排序的速度大约快了 50%。您所要做的就是将 stream()更改为parallelStream()

Maps

如前所述，Map不直接支持流，其接口本身没有可用的stream()方法，但是您可以通过在map的key、value或entry上创建专用流。

map.keySet().stream()

map.values().stream()

map.entrySet().stream()

此外，map还支持各种有用的新方法来执行常见任务，如

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));

上面的代码应该是不言自明的：putIfAbsent防止我们编写额外的 if null 检查; forEach接受使用者对映射的每个值执行操作。

如何利用函数在map上计算代码：

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的条目，仅当它当前映射到给定值时：

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

合并map的entry非常容易：

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

如果不存在键/值的条目，则将键/值放入映射中，或者将调用合并函数来更改现有值。

日期 API

Java 8 在java.time包下包含了一个全新的日期和时间 API。新的 Date API 可与 Joda-Time 库相媲美，但并不相同。以下示例介绍了此新 API 的最重要部分。

Clock

Clock提供对当前日期和时间的访问。时钟知道一个时区，可以代替System.currentTimeMillis()用来检索自 Unix EPOCH 以来的当前时间（以毫秒为单位）。时间轴上的这样一个瞬时点也用Instant类来表示。Instants 可用于创建旧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通过ZoneId表示，它可以通过静态工厂方法轻松访问。时区定义了偏移量，这些偏移量对于在即时和本地日期和时间之间转换非常重要。

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

LocalTime 表示没有时区的时间，例如晚上 10 点或 17：30：15。以下示例为上面定义的时区创建两个本地时间。然后我们比较两个时间，并计算两个时间之间的小时和分钟差异。

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 附带了各种工厂方法，以简化新实例的创建，包括时间字符串的解析。

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 表示不同的日期，例如 2014-03-11。它是不可变的，并且与 LocalTime 完全类似。此例子演示如何通过添加或减去天、月或年来计算新日期。请记住，每次操作都会返回一个新实例。

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 LocalDate 与解析 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 表示日期时间。它将上述部分中所示的日期和时间合并到一个实例中。是不可变的，其工作方式类似于 LocalTime 和 LocalDate。我们可以利用从日期时间检索某些字段的方法：LocalDateTime

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

通过时区的附加信息，它可以转换为即时信息。即时可以很容易地转换为类型java.util.Date的旧日期。

Instant instant = sylvester
        .atZone(ZoneId.systemDefault())
        .toInstant();

Date legacyDate = Date.from(instant);
System.out.println(legacyDate);     // Wed Dec 31 23:59:59 CET 2014

设置日期时间格式的工作方式与设置日期或时间格式一样。我们可以从自定义模式创建格式化程序，而不是使用预定义的格式。

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

与java.text.SimpleDateFormat不同的是，DateTimeFormatter是不可变的和线程安全的。

更多详细用法，可以参考官方文档

Annotations

Java 8 中的注解是可重复的。让我们直接进入一个例子来弄清楚这一点。

首先，我们定义一个包装器注解，它包含一个实际注解的数组：

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

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

Java 8 允许我们通过声明@Repeatable 来使用多个相同类型的注解

变体 1：使用容器注解（老方式）

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

变体 2：使用可重复注释（新方式）

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

使用变体 2，java 编译器隐式地在后台设置@Hints注解。这对于通过反射读取注释信息非常重要。

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

虽然我们从未在类Person上声明过注解@Hints，但它仍然可以通过getAnnotation(Hints.class)被读到，但是，更方便的方法是getAnnotationsByType直接访问所有带@Hint的注释。

此外，Java 8 中的注解扩展了两个新作用范围：

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

ElementType.TYPE_PARAMETER表示注解可以应用于类型参数（泛型参数）上。
下面是一个简单的例子，演示如何使用ElementType.TYPE_PARAMETER：

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Target;

@Target(ElementType.TYPE_PARAMETER)
public @interface TypeParameterAnnotation {
    // 这里可以定义一些注解的属性
}

class Example<T> {
    public void method(@TypeParameterAnnotation T param) {
        // 方法体
    }
}

ElementType.TYPE_USE 表示注解可以应用于任何使用类型的地方，包括类、接口、枚举、注解、泛型类型、方法的返回类型、字段、局部变量、方法参数等。

ElementType.TYPE_USE 的引入是为了支持更加灵活的注解使用场景。它使得注解可以更广泛地应用于类型相关的地方，而不仅仅是限定在声明上。

以下是一个简单的例子，演示如何使用 ElementType.TYPE_USE：

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Target;

@Target(ElementType.TYPE_USE)
public @interface TypeUseAnnotation {
    // 这里可以定义一些注解的属性
}

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        @TypeUseAnnotation String exampleString = "Hello, World!";
        System.out.println(exampleString);
    }
}