JDK8 指南（译）

Posted 2020-10-14 静默虚空

翻译自 java8-tutorial

新特性

Default Methods for Interfaces(接口的默认方法)

Java 8 使我们能够通过使用 default 关键字将非抽象方法实现添加到接口。这个功能也被称为虚拟扩展方法。

这是我们的第一个例子：

interface Formula {
    double calculate(int a);

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

除了抽象方法 calculate ，接口 Formula 还定义了默认方法 sqrt。具体类只需要执行抽象方法计算。默认的方法 sqrt 可以用于开箱即用。

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

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

Formula 被实现为一个匿名对象。代码非常冗长：用于 sqrt(a * 100) 这样简单的计算的 6 行代码。正如我们将在下一节中看到的，在 Java 8 中实现单个方法对象有更好的方法。

Lambda expressions(Lambda 表达式)

让我们从一个简单的例子来说明如何在以前版本的 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);
    }
});

静态工具方法 Collections.sort 为了对指定的列表进行排序，接受一个列表和一个比较器。您会发现自己经常需要创建匿名比较器并将其传递给排序方法。

Java 8 使用更简短的 lambda 表达式来避免常常创建匿名对象的问题：

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

如您缩减，这段代码比上段代码简洁很多。但是，还可以更加简洁：

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

这行代码中，你省去了花括号 {} 和 return 关键字。但是，这还不算完，它还可以再进一步简洁：

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

列表现在有一个 sort 方法。此外，java 编译器知道参数类型，所以你可以不指定入参的数据类型。让我们深入探讨如何使用 lambda 表达式。

Functional Interfaces(函数接口)

lambda 表达式如何适应 Java 的类型系统？每个 lambda 对应一个由接口指定的类型。一个所谓的函数接口必须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，所以你可以自由地添加默认方法到你的函数接口。

只要保证接口仅包含一个抽象方法，就可以使用任意的接口作为lambda表达式。为确保您的接口符合要求，您应该添加 @FunctionalInterface 注解。编译器注意到这个注解后，一旦您尝试在接口中添加第二个抽象方法声明，编译器就会抛出编译器错误。

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

请记住，如果 @FunctionalInterface 注解被省略，代码也是有效的。

Method and Constructor References(方法和构造器引用)

上面的示例代码可以通过使用静态方法引用进一步简化：

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。上面的例子展示了如何引用一个静态方法。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"

我们来观察一下 :: 关键字是如何作用于构造器的。首先，我们定义一个有多个构造器的示例类。

class Person {
    String firstName;
    String lastName;

    Person() {}

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

接着，我们指定一个用于创建 Person 对象的 PersonFactory 接口。

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

我们不是手动实现工厂，而是通过构造引用将所有东西粘合在一起：

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

我们通过 Person::new 来创建一个 Person 构造器的引用。Java 编译器会根据PersonFactory.create 的签名自动匹配正确的构造器。

Lambda Scopes(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。您可以访问本地外部作用域的常量以及实例的成员变量和静态变量。

Accessing local variables(访问本地变量)

我们可以访问 lambda 表达式作用域外部的常量：

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

stringConverter.convert(2);     // 3

不同于匿名对象的是：这个变量 num 不是一定要被 final 修饰。下面的代码一样合法：

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

stringConverter.convert(2);     // 3

但是，num 必须是隐式常量的。下面的代码不能编译通过：

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

此外，在 lambda 表达式中对 num 做写操作也是被禁止的。

Accessing fields and static variables(访问成员变量和静态变量)

与局部变量相比，我们既可以在 lambda 表达式中读写实例的成员变量，也可以读写实例的静态变量。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);
        };
    }
}

Accessing Default Interface Methods（访问默认的接口方法）

还记得第一节的 formula 例子吗？ Formula 接口定义了一个默认方法 sqrt，它可以被每个 formula 实例（包括匿名对象）访问。这个特性不适用于 lambda 表达式。

默认方法不能被 lambda 表达式访问。下面的代码不能编译通过：

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

Built-in Functional Interfaces(内置函数接口)

JDK 1.8 API 包含许多内置的功能接口。它们中的一些在较早的Java版本（比如 Comparator 或 Runnable）中是众所周知的。这些现有的接口通过 @FunctionalInterfaceannotation 注解被扩展为支持 Lambda。

但是，Java 8 API 也提供了不少新的函数接口。其中一些新接口在 Google Guava 库中是众所周知的。即使您熟悉这个库，也应该密切关注如何通过一些有用的方法扩展来扩展这些接口。

Predicates

Predicate 是只有一个参数的布尔值函数。该接口包含各种默认方法，用于将谓词组合成复杂的逻辑术语（与、或、非）

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 接受一个参数并产生一个结果。可以使用默认方法将多个函数链接在一起（compose、andThen）。

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

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

Suppliers

Supplier 产生一个泛型结果。与 Function 不同，Supplier 不接受参数。

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

Consumers

Consumer 表示要在一个输入参数上执行的操作。

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

Comparators

比较器在老版本的 Java 中是众所周知的。 Java 8 为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

Optionals

Optional 不是功能性接口，而是防止 NullPointerException 的好工具。这是下一节的一个重要概念，所以让我们快速看看 Optional 是如何工作的。

可选是一个简单的容器，其值可以是 null 或非 null。想想一个可能返回一个非空结果的方法，但有时候什么都不返回。不是返回null，而是返回 Java 8 中的 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 表示可以在其上执行一个或多个操作的元素序列。流操作是中间或终端。当终端操作返回一个特定类型的结果时，中间操作返回流本身，所以你可以链接多个方法调用。流在源上创建，例如一个 java.util.Collection 像列表或集合（不支持映射）。流操作既可以按顺序执行，也可以并行执行。

流是非常强大的，所以，我写了一个独立的 Java 8 Streams 教程 。您还应该查看 Sequent，将其作为 Web 的类似库。

我们先来看看顺序流如何工作。首先，我们以字符串列表的形式创建一个示例源代码：

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");
stringCollection.add("ddd1");

Java 8 中的集合已被扩展，因此您可以通过调用 Collection.stream() 或Collection.parallelStream() 来简单地创建流。以下各节介绍最常见的流操作。

Filter

过滤器接受一个谓词来过滤流的所有元素。这个操作是中间的，使我们能够调用另一个流操作（forEach）的结果。 ForEach 接受一个消费者被执行的过滤流中的每个元素。 ForEach 是一个终端操作。它是无效的，所以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

排序是一个中间操作，返回流的排序视图。元素按自然顺序排序，除非您传递自定义比较器。

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

// "aaa1", "aaa2"

请记住，排序只会创建流的排序视图，而不会操纵支持的集合的排序。 stringCollection 的排序是不变的：

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

Map

中间操作映射通过给定函数将每个元素转换为另一个对象。以下示例将每个字符串转换为大写字母字符串。但是您也可以使用 map 将每个对象转换为另一种类型。结果流的泛型类型取决于您传递给 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，返回流中元素的个数。

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

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

Reduce

该终端操作使用给定的功能对流的元素进行缩减。结果是一个 Optional 持有缩小后的值。

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，流可以是顺序的也可以是并行的。顺序流上的操作在单个线程上执行，而并行流上的操作在多个线程上同时执行。

以下示例演示了通过使用并行流提高性能是多么容易。

首先，我们创建一个较大的独特元素的列表：

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

现在我们测量对这个集合进行排序所花费的时间。

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

如你所见，两个代码段差不多，但是并行排序快了近 50%。你所需做的仅仅是将 stream() 改为 parallelStream() 。

Maps

如前所述，map 不直接支持流。Map 接口本身没有可用的 stream() 方法，但是你可以通过 map.keySet().stream() 、 map.values().stream() 和 map.entrySet().stream() 创建指定的流。

此外，map 支持各种新的、有用的方法来处理常见任务。

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));

上面的代码应该是自我解释的：putIfAbsent 阻止我们写入额外的空值检查；forEach 接受消费者为 map 的每个值实现操作。

这个例子展示了如何利用函数来计算 map 上的代码：

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，我们学习如何删除给定键的条目，只有当前键映射到给定值时：

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

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

另一个有用方法：

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

合并一个 map 的 entry 很简单：

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

如果不存在该键的条目，合并或者将键/值放入 map 中；否则将调用合并函数来更改现有值。

Date API

Java 8在 java.time 包下新增了一个全新的日期和时间 API。新的日期 API 与 Joda-Time 库相似，但不一样。以下示例涵盖了此新API的最重要部分。

Clock

Clock 提供对当前日期和时间的访问。Clock 知道一个时区，可以使用它来代替 System.currentTimeMillis() ，获取从 Unix EPOCH 开始的以毫秒为单位的当前时间。时间线上的某一时刻也由类 Instant 表示。 Instants 可以用来创建遗留的 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

时区由 ZoneId 表示。他们可以很容易地通过静态工厂方法访问。时区定义了某一时刻和当地日期、时间之间转换的重要偏移量。

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 代表没有时区的时间，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。然后我们比较两次，并计算两次之间的小时和分钟的差异。

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 带有各种工厂方法，以简化新实例的创建，包括解析时间字符串。

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年3月11日。它是不可变的，并且与 LocalTime 完全类似。该示例演示如何通过加减日、月或年来计算新日期。请记住，每个操作都会返回一个新的实例。

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

从一个字符串中解析出 LocalDate 对象，和解析 LocalTime 一样的简单：

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。它将日期和时间组合成一个实例。 LocalDateTime 是不可变的，其作用类似于 LocalTime 和 LocalDate。我们可以利用方法去获取日期时间中某个单位的值。

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

通过一个时区的附加信息可以转为一个实例。这个实例很容易转为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

日期时间的格式化类似于 Date 或 Time。我们可以使用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

不同于 java.text.NumberFormat ， DateTimeFormatter 是不可变且线程安全的 。

更多关于日期格式化的内容可以参考这里.

Annotations

Java 8 中的注释是可重复的。让我们直接看一个例子来解决这个问题。

首先，我们定义一个包含实际注释数组的外层注释：

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

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

Java8 允许我们通过使用 @Repeatable 注解来引入多个同类型的注解。

Variant 1: 使用容器注解 (老套路)

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

Variant 2: 使用 repeatable 注解 (新套路)

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

使用场景2，Java 编译器隐式地设置了 @Hints 注解。

这对于通过反射来读取注解信息很重要。

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

尽管，我门从没有在 Person 类上声明 @Hints 注解，但是仍可以通过getAnnotation(Hints.class) 读取它。然而，更便利的方式是 getAnnotationsByType ，它可以直接访问所有 @Hint 注解。

此外，Java 8中的注释使用扩展了两个新的目标：

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