JDK1.8的新特性
1. 前言
JDK1.8已經發布很久了，在很多企業中都已經在使用。並且Spring5、SpringBoot2.0都推薦使用JDK1.8以上版本。所以我們必須與時俱進，擁抱變化。
Jdk8這個版本包含語言、編譯器、庫、工具和JVM等方面的十多個新特性。在本文中我們將學習以下方面的新特性：
2. Lambda表達式
函數式編程
Lambda 表達式，也可稱爲閉包，它是推動 Java 8 發佈的最重要新特性。Lambda 允許把函數作爲一個方法的參數（函數作爲參數傳遞進方法中）。可以使代碼變的更加簡潔緊湊。
2.1 基本語法：
(參數列表) -> {代碼塊}
需要注意：
- 參數類型可省略，編譯器可以自己推斷
- 如果只有一個參數，圓括號可以省略
- 代碼塊如果只是一行代碼，大括號也可以省略
- 如果代碼塊是一行，且是有結果的表達式，
return可以省略
注意：事實上，把Lambda表達式可以看做是匿名內部類的一種簡寫方式。當然，前提是這個匿名內部類對應的必須是接口，而且接口中必須只有一個函數！Lambda表達式就是直接編寫函數的：參數列表、代碼體、返回值等信息，用函數來代替完整的匿名內部類！
2.2 用法示例
示例1：多個參數
準備一個集合：
// 準備一個集合
List<Integer> list = Arrays.asList(10, 5, 25, -15, 20);
假設我們要對集合排序，我們先看JDK7的寫法，需要通過匿名內部類來構造一個Comparator：
// Jdk1.7寫法
Collections.sort(list,new Comparator<Integer>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return o1 - o2;
}
});
System.out.println(list);// [-15, 5, 10, 20, 25]
如果是jdk8，我們可以使用新增的集合API：sort(Comparator c)方法，接收一個比較器，我們用Lambda來代替Comparator 的匿名內部類：
// Jdk1.8寫法，參數列表的數據類型可省略：
list.sort((i1,i2) -> { return i1 - i2;});
System.out.println(list);// [-15, 5, 10, 20, 25]
對比一下Comparator中的compare()方法，你會發現：這裏編寫的Lambda表達式，恰恰就是compare()方法的簡寫形式，JDK8會把它編譯爲匿名內部類。是不是簡單多了！
彆着急，我們發現這裏的代碼塊只有一行代碼，符合前面的省略規則，我們可以簡寫爲：
// Jdk8寫法
// 因爲代碼塊是一個有返回值的表達式，可以省略大括號以及return
list.sort((i1,i2) -> i1 - i2);
示例2：單個參數
還以剛纔的集合爲例，現在我們想要遍歷集合中的元素，並且打印。
先用jdk1.7的方式：
// JDK1.7遍歷並打印集合
for (Integer i : list) {
System.out.println(i);
}
jdk1.8給集合添加了一個方法：foreach() ，接收一個對元素進行操作的函數：
// JDK1.8遍歷並打印集合，因爲只有一個參數，所以我們可以省略小括號:
list.forEach(i -> System.out.println(i));
實例3：把Lambda賦值給變量
Lambda表達式的實質其實還是匿名內部類，所以我們其實可以把Lambda表達式賦值給某個變量。
// 將一個Lambda表達式賦值給某個接口：
Runnable task = () -> {
// 這裏其實是Runnable接口的匿名內部類，我們在編寫run方法。
System.out.println("hello lambda!");
};
new Thread(task).start();
不過上面的用法很少見，一般都是直接把Lambda作爲參數。
示例4：隱式final
Lambda表達式的實質其實還是匿名內部類，而匿名內部類在訪問外部局部變量時，要求變量必須聲明爲final！不過我們在使用Lambda表達式時無需聲明final，這並不是說違反了匿名內部類的規則，因爲Lambda底層會隱式的把變量設置爲final，在後續的操作中，一定不能修改該變量：
正確示範：
// 定義一個局部變量
int num = -1;
Runnable r = () -> {
// 在Lambda表達式中使用局部變量num，num會被隱式聲明爲final
System.out.println(num);
};
new Thread(r).start();// -1
錯誤案例：
// 定義一個局部變量
int num = -1;
Runnable r = () -> {
// 在Lambda表達式中使用局部變量num，num會被隱式聲明爲final，不能進行任何修改操作
System.out.println(num++);
};
new Thread(r).start();//報錯
3. 函數式接口
經過前面的學習，相信大家對於Lambda表達式已經有了初步的瞭解。總結一下：
- Lambda表達式是接口的匿名內部類的簡寫形式
- 接口必須滿足：內部只有一個函數
其實這樣的接口，我們稱爲函數式接口，我們學過的Runnable、Comparator都是函數式接口的典型代表。但是在實踐中，函數接口是非常脆弱的，只要有人在接口裏添加多一個方法，那麼這個接口就不是函數接口了，就會導致編譯失敗。Java 8提供了一個特殊的註解@FunctionalInterface來克服上面提到的脆弱性並且顯示地表明函數接口。而且jdk8版本中，對很多已經存在的接口都添加了@FunctionalInterface註解，例如Runnable接口：
另外，Jdk8默認提供了一些函數式接口供我們使用：
3.1 Function類型接口
@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
// 接收一個參數T，返回一個結果R
R apply(T t);
}
Function代表的是有參數，有返回值的函數。還有很多類似的Function接口：
| 接口名 | 描述 |
|---|---|
BiFunction<T,U,R> |
接收兩個T和U類型的參數，並且返回R類型結果的函數 |
DoubleFunction<R> |
接收double類型參數，並且返回R類型結果的函數 |
IntFunction<R> |
接收int類型參數，並且返回R類型結果的函數 |
LongFunction<R> |
接收long類型參數，並且返回R類型結果的函數 |
ToDoubleFunction<T> |
接收T類型參數，並且返回double類型結果 |
ToIntFunction<T> |
接收T類型參數，並且返回int類型結果 |
ToLongFunction<T> |
接收T類型參數，並且返回long類型結果 |
DoubleToIntFunction |
接收double類型參數，返回int類型結果 |
DoubleToLongFunction |
接收double類型參數，返回long類型結果 |
看出規律了嗎？這些都是一類函數接口，在Function基礎上衍生出的，要麼明確了參數不確定返回結果，要麼明確結果不知道參數類型，要麼兩者都知道。
3.2 Consumer系列
@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
// 接收T類型參數，不返回結果
void accept(T t);
}
Consumer系列與Function系列一樣，有各種衍生接口，這裏不一一列出了。不過都具備類似的特徵：那就是不返回任何結果。
3.3 Predicate系列
@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
// 接收T類型參數，返回boolean類型結果
boolean test(T t);
}
Predicate系列參數不固定，但是返回的一定是boolean類型。
3.4 Supplier系列
@FunctionalInterface
public interface Supplier<T> {
// 無需參數，返回一個T類型結果
T get();
}
Supplier系列，英文翻譯就是“供應者”，顧名思義：只產出，不收取。所以不接受任何參數，返回T類型結果。
4. 方法引用
方法引用使得開發者可以將已經存在的方法作爲變量來傳遞使用。方法引用可以和Lambda表達式配合使用。
4.1 語法：
總共有四類方法引用：
| 語法 | 描述 |
|---|---|
| 類名::靜態方法名 | 類的靜態方法的引用 |
| 類名::非靜態方法名 | 類的非靜態方法的引用 |
| 實例對象::非靜態方法名 | 類的指定實例對象的非靜態方法引用 |
| 類名::new | 類的構造方法引用 |
4.2 示例
首先我們編寫一個集合工具類，提供一個方法：
package com.pbteach;
public class CollectionUtil{
/**
* 利用function將list集合中的每一個元素轉換後形成新的集合返回
* @author www.pbteach.com攀博網
* @param list 要轉換的源集合
* @param function 轉換元素的方式
* @param <T> 源集合的元素類型
* @param <R> 轉換後的元素類型
* @return
*
*/
public static <T,R> List<R> convert(List<T> list, Function<T,R> function){
List<R> result = new ArrayList<>();
list.forEach(t -> result.add(function.apply(t)));
return result;
}
}
可以看到這個方法接收兩個參數：
List<T> list：需要進行轉換的集合Function<T,R>：函數接口，接收T類型，返回R類型。用這個函數接口對list中的元素T進行轉換，變爲R類型
接下來，我們看具體案例：
4.2.1 類的靜態方法引用
List<Integer> list = Arrays.asList(1000, 2000, 3000);
我們需要把這個集合中的元素轉爲十六進制保存，需要調用Integer.toHexString()方法：
public static String toHexString(int i) {
return toUnsignedString0(i, 4);
}
這個方法接收一個 i 類型，返回一個String類型，可以用來構造一個Function的函數接口：
我們先按照Lambda原始寫法，傳入的Lambda表達式會被編譯爲Function接口，接口中通過Integer.toHexString(i)對原來集合的元素進行轉換：
// 通過Lambda表達式實現
List<String> hexList = CollectionUtil.convert(list, i -> Integer.toHexString(i));
System.out.println(hexList);// [3e8, 7d0, bb8]
上面的Lambda表達式代碼塊中，只有對Integer.toHexString()方法的引用，沒有其它代碼，因此我們可以直接把方法作爲參數傳遞，由編譯器幫我們處理，這就是靜態方法引用：
// 類的靜態方法引用
List<String> hexList = CollectionUtil.convert(list, Integer::toHexString;
System.out.println(hexList);// [3e8, 7d0, bb8]
4.2.2 類的非靜態方法引用
接下來，我們把剛剛生成的String集合hexList中的元素都變成大寫，需要藉助於String類的toUpperCase()方法：
public String toUpperCase() {
return toUpperCase(Locale.getDefault());
}
這次是非靜態方法，不能用類名調用，需要用實例對象，因此與剛剛的實現有一些差別，我們接收集合中的每一個字符串s。但與上面不同然後s不是toUpperCase()的參數，而是調用者：
// 通過Lambda表達式，接收String數據，調用toUpperCase()
List<String> upperList = CollectionUtil.convert(hexList, s -> s.toUpperCase());
System.out.println(upperList);// [3E8, 7D0, BB8]
因爲代碼體只有對toUpperCase()的調用，所以可以把方法作爲參數引用傳遞，依然可以簡寫：
// 類的成員方法
List<String> upperList = CollectionUtil.convert(hexList, String::toUpperCase);
System.out.println(upperList);// [3E8, 7D0, BB8]
4.2.3 指定實例的非靜態方法引用
下面一個需求是這樣的，我們先定義一個數字Integer num = 2000，然後用這個數字和集合中的每個數字進行比較，比較的結果放入一個新的集合。比較對象，我們可以用Integer的compareTo方法:
public int compareTo(Integer anotherInteger) {
return compare(this.value, anotherInteger.value);
}
先用Lambda實現，
List<Integer> list = Arrays.asList(1000, 2000, 3000);
// 某個對象的成員方法
Integer num = 2000;
List<Integer> compareList = CollectionUtil.convert(list, i -> num.compareTo(i));
System.out.println(compareList);// [1, 0, -1]
與前面類似，這裏Lambda的代碼塊中，依然只有對num.compareTo(i)的調用，所以可以簡寫。但是，需要注意的是，這次方法的調用者不是集合的元素，而是一個外部的局部變量num，因此不能使用 Integer::compareTo，因爲這樣是無法確定方法的調用者。要指定調用者，需要用 對象::方法名的方式：
// 某個對象的成員方法
Integer num = 2000;
List<Integer> compareList = CollectionUtil.convert(list, num::compareTo);
System.out.println(compareList);// [1, 0, -1]
4.2.4 構造函數引用
最後一個場景：把集合中的數字作爲毫秒值，構建出Date對象並放入集合，這裏我們就需要用到Date的構造函數：
/**
* @param date the milliseconds since January 1, 1970, 00:00:00 GMT.
* @see java.lang.System#currentTimeMillis()
*/
public Date(long date) {
fastTime = date;
}
我們可以接收集合中的每個元素，然後把元素作爲Date的構造函數參數：
// 將數值類型集合，轉爲Date類型
List<Date> dateList = CollectionUtil.convert(list, i -> new Date(i));
// 這裏遍歷元素後需要打印，因此直接把println作爲方法引用傳遞了
dateList.forEach(System.out::println);
上面的Lambda表達式實現方式，代碼體只有new Date()一行代碼，因此也可以採用方法引用進行簡寫。但問題是，構造函數沒有名稱，我們只能用new關鍵字來代替：
// 構造方法
List<Date> dateList = CollectionUtil.convert(list, Date::new);
dateList.forEach(System.out::println);
注意兩點：
- 上面代碼中的System.out::println 其實是 指定對象System.out的非靜態方法println的引用
- 如果構造函數有多個，可能無法區分導致傳遞失敗
5. 接口的默認方法和靜態方法
Java 8使用兩個新概念擴展了接口的含義：默認方法和靜態方法。
5.1 默認方法
默認方法使得開發者可以在 不破壞二進制兼容性的前提下，往現存接口中添加新的方法，即不強制那些實現了該接口的類也同時實現這個新加的方法。
默認方法和抽象方法之間的區別在於抽象方法需要實現，而默認方法不需要。接口提供的默認方法會被接口的實現類繼承或者覆寫，例子代碼如下：
private interface Defaulable {
// Interfaces now allow default methods, the implementer may or
// may not implement (override) them.
default String notRequired() {
return "Default implementation";
}
}
private static class DefaultableImpl implements Defaulable {
}
private static class OverridableImpl implements Defaulable {
@Override
public String notRequired() {
return "Overridden implementation";
}
}
Defaulable接口使用關鍵字default定義了一個默認方法notRequired()。DefaultableImpl類實現了這個接口，同時默認繼承了這個接口中的默認方法；OverridableImpl類也實現了這個接口，但覆寫了該接口的默認方法，並提供了一個不同的實現。
5.2 靜態方法
Java 8帶來的另一個有趣的特性是在接口中可以定義靜態方法，我們可以直接用接口調用這些靜態方法。例子代碼如下：
private interface DefaulableFactory {
// Interfaces now allow static methods
static Defaulable create( Supplier< Defaulable > supplier ) {
return supplier.get();
}
}
下面的代碼片段整合了默認方法和靜態方法的使用場景：
public static void main( String[] args ) {
// 調用接口的靜態方法，並且傳遞DefaultableImpl的構造函數引用來構建對象
Defaulable defaulable = DefaulableFactory.create( DefaultableImpl::new );
System.out.println( defaulable.notRequired() );
// 調用接口的靜態方法，並且傳遞OverridableImpl的構造函數引用來構建對象
defaulable = DefaulableFactory.create( OverridableImpl::new );
System.out.println( defaulable.notRequired() );
}
這段代碼的輸出結果如下：
Default implementation
Overridden implementation
由於JVM上的默認方法的實現在字節碼層面提供了支持，因此效率非常高。默認方法允許在不打破現有繼承體系的基礎上改進接口。該特性在官方庫中的應用是：給java.util.Collection接口添加新方法，如stream()、parallelStream()、forEach()和removeIf()等等。
儘管默認方法有這麼多好處，但在實際開發中應該謹慎使用：在複雜的繼承體系中，默認方法可能引起歧義和編譯錯誤。如果你想了解更多細節，可以參考官方文檔。
6. Optional
Java應用中最常見的bug就是空值異常。
Optional僅僅是一個容器，可以存放T類型的值或者null。它提供了一些有用的接口來避免顯式的null檢查，可以參考Java 8官方文檔瞭解更多細節。
接下來看一點使用Optional的例子：可能爲空的值或者某個類型的值：
Optional< String > fullName = Optional.ofNullable( null );
System.out.println( "Full Name is set? " + fullName.isPresent() );
System.out.println( "Full Name: " + fullName.orElseGet( () -> "[none]" ) );
System.out.println( fullName.map( s -> "Hey " + s + "!" ).orElse( "Hey Stranger!" ) );
如果Optional實例持有一個非空值，則isPresent()方法返回true，否則返回false；如果Optional實例持有null，orElseGet()方法可以接受一個lambda表達式生成的默認值；map()方法可以將現有的Optional實例的值轉換成新的值；orElse()方法與orElseGet()方法類似，但是在持有null的時候返回傳入的默認值，而不是通過Lambda來生成。
上述代碼的輸出結果如下：
Full Name is set? false
Full Name: [none]
Hey Stranger!
再看下另一個簡單的例子：
Optional< String > firstName = Optional.of( "www.pbteach.com" );
System.out.println( "First Name is set? " + firstName.isPresent() );
System.out.println( "First Name: " + firstName.orElseGet( () -> "[none]" ) );
System.out.println( firstName.map( s -> "Hey " + s + "!" ).orElse( "Hey Stranger!" ) );
System.out.println();
這個例子的輸出是：
First Name is set? true
First Name: www.pbteach.com
Hey www.pbteach.com!
如果想了解更多的細節，請參考官方文檔。
7. Streams
新增的Stream API（java.util.stream）將生成環境的函數式編程引入了Java庫中。這是目前爲止最大的一次對Java庫的完善，以便開發者能夠寫出更加有效、更加簡潔和緊湊的代碼。
Steam API極大得簡化了集合操作（後面我們會看到不止是集合），首先看下這個叫Task的類：
public class Streams {
private enum Status {
OPEN, CLOSED
};
private static final class Task {
private final Status status;
private final Integer points;
Task( final Status status, final Integer points ) {
this.status = status;
this.points = points;
}
public Integer getPoints() {
return points;
}
public Status getStatus() {
return status;
}
@Override
public String toString() {
return String.format( "[%s, %d]", status, points );
}
}
}
Task類有一個points屬性，另外還有兩種狀態：OPEN或者CLOSED。現在假設有一個task集合：
final Collection< Task > tasks = Arrays.asList(
new Task( Status.OPEN, 5 ),
new Task( Status.OPEN, 13 ),
new Task( Status.CLOSED, 8 )
);
首先看一個問題：在這個task集合中一共有多少個OPEN狀態的？計算出它們的points屬性和。在Java 8之前，要解決這個問題，則需要使用foreach循環遍歷task集合；但是在Java 8中可以利用steams解決：包括一系列元素的列表，並且支持順序和並行處理。
// Calculate total points of all active tasks using sum()
final long totalPointsOfOpenTasks = tasks
.stream()
.filter( task -> task.getStatus() == Status.OPEN )
.mapToInt( Task::getPoints )
.sum();
System.out.println( "Total points: " + totalPointsOfOpenTasks );
運行這個方法的控制檯輸出是：
Total points: 18
這裏有很多知識點值得說。首先，tasks集合被轉換成steam表示；其次，在steam上的filter操作會過濾掉所有CLOSED的task；第三，mapToInt操作基於tasks集合中的每個task實例的Task::getPoints方法將task流轉換成Integer集合；最後，通過sum方法計算總和，得出最後的結果。
在學習下一個例子之前，還需要記住一些steams（點此更多細節）的知識點。Steam之上的操作可分爲中間操作和晚期操作。
中間操作會返回一個新的steam——執行一箇中間操作（例如filter）並不會執行實際的過濾操作，而是創建一個新的steam，並將原steam中符合條件的元素放入新創建的steam。
晚期操作（例如forEach或者sum），會遍歷steam並得出結果或者附帶結果；在執行晚期操作之後，steam處理線已經處理完畢，就不能使用了。在幾乎所有情況下，晚期操作都是立刻對steam進行遍歷。
steam的另一個價值是創造性地支持並行處理（parallel processing）。對於上述的tasks集合，我們可以用下面的代碼計算所有task的points之和：
// Calculate total points of all tasks
final double totalPoints = tasks
.stream()
.parallel()
.map( task -> task.getPoints() ) // or map( Task::getPoints )
.reduce( 0, Integer::sum );
System.out.println( "Total points (all tasks): " + totalPoints );
這裏我們使用parallel方法並行處理所有的task，並使用reduce方法計算最終的結果。控制檯輸出如下：
Total points（all tasks）: 26.0
對於一個集合，經常需要根據某些條件對其中的元素分組。利用steam提供的API可以很快完成這類任務，代碼如下：
// Group tasks by their status
final Map< Status, List< Task > > map = tasks
.stream()
.collect( Collectors.groupingBy( Task::getStatus ) );
System.out.println( map );
控制檯的輸出如下：
{CLOSED=[[CLOSED, 8]], OPEN=[[OPEN, 5], [OPEN, 13]]}
最後一個關於tasks集合的例子問題是：如何計算集合中每個任務的點數在集合中所佔的比重，具體處理的代碼如下：
// Calculate the weight of each tasks (as percent of total points)
final Collection< String > result = tasks
.stream() // Stream< String >
.mapToInt( Task::getPoints ) // IntStream
.asLongStream() // LongStream
.mapToDouble( points -> points / totalPoints ) // DoubleStream
.boxed() // Stream< Double >
.mapToLong( weigth -> ( long )( weigth * 100 ) ) // LongStream
.mapToObj( percentage -> percentage + "%" ) // Stream< String>
.collect( Collectors.toList() ); // List< String >
System.out.println( result );
控制檯輸出結果如下：
[19%, 50%, 30%]
最後，正如之前所說，Steam API不僅可以作用於Java集合，傳統的IO操作（從文件或者網絡一行一行得讀取數據）可以受益於steam處理，這裏有一個小例子：
final Path path = new File( filename ).toPath();
try( Stream< String > lines = Files.lines( path, StandardCharsets.UTF_8 ) ) {
lines.onClose( () -> System.out.println("Done!") ).forEach( System.out::println );
}
Stream的方法onClose() 返回一個等價的有額外句柄的Stream，當Stream的close()方法被調用的時候這個句柄會被執行。Stream API、Lambda表達式還有接口默認方法和靜態方法支持的方法引用，是Java 8對軟件開發的現代範式的響應。
8. 並行數組
Java8版本新增了很多新的方法，用於支持並行數組處理。最重要的方法是parallelSort()，可以顯著加快多核機器上的數組排序。下面的例子論證了parallexXxx系列的方法：
package com.javacodegeeks.java8.parallel.arrays;
import java.util.Arrays;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;
public class ParallelArrays {
public static void main( String[] args ) {
long[] arrayOfLong = new long [ 20000 ];
Arrays.parallelSetAll( arrayOfLong,
index -> ThreadLocalRandom.current().nextInt( 1000000 ) );
Arrays.stream( arrayOfLong ).limit( 10 ).forEach(
i -> System.out.print( i + " " ) );
System.out.println();
Arrays.parallelSort( arrayOfLong );
Arrays.stream( arrayOfLong ).limit( 10 ).forEach(
i -> System.out.print( i + " " ) );
System.out.println();
}
}
上述這些代碼使用parallelSetAll()方法生成20000個隨機數，然後使用parallelSort()方法進行排序。這個程序會輸出亂序數組和排序數組的前10個元素。上述例子的代碼輸出的結果是：
Unsorted: 591217 891976 443951 424479 766825 351964 242997 642839 119108 552378
Sorted: 39 220 263 268 325 607 655 678 723 793
