JAVA8 新特性詳解

本教程將Java8的新特新逐一列出，並將使用簡單的代碼示例來展現如何使用默認接口方法，lambda表達式，方法引用以及多重Annotation，以後將會介紹最新的API上的改進，好比流，函數式接口，Map以及全新的日期API。

1、接口的默認方法

Java 8容許給接口添加一個非抽象的方法實現，只須要使用 default關鍵字便可，這個特徵又叫作擴展方法，示例以下：

interface Formula {
    double calculate(int a);

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

Formula接口在擁有calculate方法以外同時還定義了sqrt方法，實現了Formula接口的子類只須要實現一個calculate方法，默認方法sqrt將在子類上能夠直接使用。

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

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

文中的formula被實現爲一個匿名類的實例，該代碼很是容易理解，6行代碼實現了計算 sqrt(a * 100)。在下一節中，將會看到實現單方法接口的更簡單的作法。

在Java中只有單繼承，若是要讓一個類賦予新的特性，一般是使用接口來實現，在C++中支持多繼承，容許一個子類同時具備多個父類的接口與功能，在其餘語言中，讓一個類同時具備其餘的可複用代碼的方法叫作mixin。新的Java 8 的這個特新在編譯器實現的角度上來講更加接近Scala的trait。 在C#中也有名爲擴展方法的概念，容許給已存在的類型擴展方法，和Java 8的這個在語義上有差異。

2、Lambda 表達式

首先看看在老版本的Java中是如何排列字符串的：

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);
    }
});

只須要給靜態方法 Collections.sort 傳入一個List對象以及一個比較器來按指定順序排列。一般作法都是建立一個匿名的比較器對象而後將其傳遞給sort方法。

在Java 8 中就不必使用這種傳統的匿名對象的方式了，Java 8提供了更簡潔的語法，lambda表達式：

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

看到了吧，代碼變得更段且更具備可讀性，可是實際上還能夠寫得更短：

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

對於函數體只有一行代碼的，能夠去掉大括號{}以及return關鍵字，可是還能夠寫得更短點：

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

Java編譯器能夠自動推導出參數類型，因此能夠不用再寫一次類型。接下來看看lambda表達式還能作出什麼更方便的東西來：
3、函數式接口

Lambda表達式是如何在java的類型系統中表示的呢？每個lambda表達式都對應一個類型，一般是接口類型。而「函數式接口」是指僅僅只包含一個抽象方法的接口，每個該類型的lambda表達式都會被匹配到這個抽象方法。由於 默認方法 不算抽象方法，因此也能夠給函數式接口添加默認方法。

能夠將lambda表達式看成任意只包含一個抽象方法的接口類型，確保接口必定達到這個要求，只須要給接口添加 @FunctionalInterface 註解，編譯器若是發現標註了這個註解的接口有多於一個抽象方法的時候會報錯的。

@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

須要注意若是@FunctionalInterface若是沒有指定，上面的代碼也是對的。

將lambda表達式映射到一個單方法的接口上，這種作法在Java 8以前就有別的語言實現，好比Rhino JavaScript解釋器，若是一個函數參數接收一個單方法的接口而你傳遞的是一個function，Rhino 解釋器會自動作一個單接口的實例到function的適配器，典型的應用場景有 org.w3c.dom.events.EventTarget 的addEventListener 第二個參數 EventListener。

4、方法與構造函數引用

前一節中的代碼還能夠經過靜態方法引用來表示：

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

Java 8 容許你使用 :: 關鍵字來傳遞方法或者構造函數引用，上面的代碼展現瞭如何引用一個靜態方法，也能夠引用一個對象的方法：

converter = something::startsWith;
String converted = converter.convert("Java");
System.out.println(converted);    // "J"

接下來看看構造函數是如何使用::關鍵字來引用的，首先定義一個包含多個構造函數的簡單類：

class Person {
    String firstName;
    String lastName;

    Person() {}

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

接下來指定一個用來建立Person對象的對象工廠接口：

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

這裏使用構造函數引用來將其關聯起來，而不是實現一個完整的工廠：

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

只須要使用 Person::new 來獲取Person類構造函數的引用，Java編譯器會自動根據PersonFactory.create方法的簽名來選擇合適的構造函數。

5、Lambda 做用域

在lambda表達式中訪問外層做用域和老版本的匿名對象中的方式很類似。能夠直接訪問標記了final的外層局部變量，或者實例的字段以及靜態變量。

6、訪問局部變量

能夠直接在lambda表達式中訪問外層的局部變量：

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

stringConverter.convert(2);     // 3

可是和匿名對象不一樣的是，這裏的變量num能夠不用聲明爲final，該代碼一樣正確：

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

stringConverter.convert(2);     // 3

不過這裏的num不可被後面的代碼修改（即隱性的具備final的語義），例以下面的就沒法編譯：

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

在lambda表達式中試圖修改num一樣是不容許的。

7、訪問對象字段與靜態變量

和本地變量不一樣的是，lambda內部對於實例的字段以及靜態變量是既可讀又可寫。該行爲和匿名對象是一致的：

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);
        };
    }
}

8、訪問接口的默認方法

還記得第一節中的formula例子麼，接口Formula定義了一個默認方法sqrt能夠直接被formula的實例包括匿名對象訪問到，可是在lambda表達式中這個是不行的。
Lambda表達式中是沒法訪問到默認方法的，如下代碼將沒法編譯：

Formula formula = (a) -> sqrt( a * 100);
Built-in Functional Interfaces

JDK 1.8 API包含了不少內建的函數式接口，在舊版Java中經常使用到的好比Comparator或者Runnable接口，這些接口都增長了@FunctionalInterface註解以便能用在lambda上。
Java 8 API一樣還提供了不少全新的函數式接口來讓工做更加方便，有一些接口是來自Google Guava庫裏的，即使對這些很熟悉了，仍是有必要看看這些是如何擴展到lambda上使用的。

Predicate接口

Predicate 接口只有一個參數，返回boolean類型。該接口包含多種默認方法來將Predicate組合成其餘複雜的邏輯（好比：與，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();

Function 接口

Function 接口有一個參數而且返回一個結果，並附帶了一些能夠和其餘函數組合的默認方法（compose, andThen）：

 

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

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

Supplier 接口

Supplier 接口返回一個任意範型的值，和Function接口不一樣的是該接口沒有任何參數

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

Consumer 接口

Consumer 接口表示執行在單個參數上的操做。

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

Comparator 接口

Comparator 是老Java中的經典接口， Java 8在此之上添加了多種默認方法：

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

Optional 接口

Optional 不是函數是接口，這是個用來防止NullPointerException異常的輔助類型，這是下一屆中將要用到的重要概念，如今先簡單的看看這個接口能幹什麼：

Optional 被定義爲一個簡單的容器，其值多是null或者不是null。在Java 8以前通常某個函數應該返回非空對象可是偶爾卻可能返回了null，而在Java 8中，不推薦你返回null而是返回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"

Stream 接口

java.util.Stream 表示能應用在一組元素上一次執行的操做序列。Stream 操做分爲中間操做或者最終操做兩種，最終操做返回一特定類型的計算結果，而中間操做返回Stream自己，這樣就能夠將多個操做依次串起來。Stream 的建立須要指定一個數據源，好比 java.util.Collection的子類，List或者Set， Map不支持。Stream的操做能夠串行執行或者並行執行。

首先看看Stream是怎麼用，首先建立實例代碼的用到的數據List：

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擴展了集合類，能夠經過 Collection.stream() 或者 Collection.parallelStream() 來建立一個Stream。下面幾節將詳細解釋經常使用的Stream操做：

Filter 過濾

過濾經過一個predicate接口來過濾並只保留符合條件的元素，該操做屬於中間操做，因此能夠在過濾後的結果來應用其餘Stream操做（好比forEach）。forEach須要一個函數來對過濾後的元素依次執行。forEach是一個最終操做，因此不能在forEach以後來執行其餘Stream操做。

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

// "aaa2", "aaa1"

Sort 排序

排序是一箇中間操做，返回的是排序好後的Stream。若是不指定一個自定義的Comparator則會使用默認排序。

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

// "aaa1", "aaa2"

須要注意的是，排序只建立了一個排列好後的Stream，而不會影響原有的數據源，排序以後原數據stringCollection是不會被修改的：

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

Map 映射

中間操做map會將元素根據指定的Function接口來依次將元素轉成另外的對象，下面的示例展現了將字符串轉換爲大寫字符串。也能夠經過map來將對象轉換成其餘類型，map返回的Stream類型是根據map傳遞進去的函數的返回值決定的。

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

Stream提供了多種匹配操做，容許檢測指定的Predicate是否匹配整個Stream。全部的匹配操做都是最終操做，並返回一個boolean類型的值。

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 計數

計數是一個最終操做，返回Stream中元素的個數，返回值類型是long。

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

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

Reduce 規約

這是一個最終操做，容許經過指定的函數來說stream中的多個元素規約爲一個元素，規約後的結果是經過Optional接口表示的：

Optional<String> reduced = stringCollection.stream().sorted().reduce((s1, s2) -> s1 + "#" + s2);

reduced.ifPresent(System.out::println);
// "aaa1#aaa2#bbb1#bbb2#bbb3#ccc#ddd1#ddd2"

並行Streams

前面提到過Stream有串行和並行兩種，串行Stream上的操做是在一個線程中依次完成，而並行Stream則是在多個線程上同時執行。下面的例子展現了是如何經過並行Stream來提高性能：

首先建立一個沒有重複元素的大表：

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

而後計算一下排序這個Stream要耗時多久，
串行排序：

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));

// 串行耗時: 899 ms
並行排序：

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));

// 並行排序耗時: 472 ms
上面兩個代碼幾乎是同樣的，可是並行版的快了50%之多，惟一須要作的改動就是將stream()改成parallelStream()。

Map

前面提到過，Map類型不支持stream，不過Map提供了一些新的有用的方法來處理一些平常任務。

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));
以上代碼很容易理解， putIfAbsent 不須要作額外的存在性檢查，而forEach則接收一個Consumer接口來對map裏的每個鍵值對進行操做。

下面的例子展現了map上的其餘有用的函數：

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

接下來展現如何在Map裏刪除一個鍵值全都匹配的項：

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

對Map的元素作合併也變得很容易了：

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

Merge作的事情是若是鍵名不存在則插入，不然則對原鍵對應的值作合併操做並從新插入到map中。

9、Date API

Java 8 在包java.time下包含了一組全新的時間日期API。新的日期API和開源的Joda-Time庫差很少，但又不徹底同樣，下面的例子展現了這組新API裏最重要的一些部分：

Clock 時鐘

Clock類提供了訪問當前日期和時間的方法，Clock是時區敏感的，能夠用來取代 System.currentTimeMillis() 來獲取當前的微秒數。某一個特定的時間點也可使用Instant類來表示，Instant類也能夠用來建立老的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

在新API中時區使用ZoneId來表示。時區能夠很方便的使用靜態方法of來獲取到。 時區定義了到UTS時間的時間差，在Instant時間點對象到本地日期對象之間轉換的時候是極其重要的。

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

LocalTime 定義了一個沒有時區信息的時間，例如 晚上10點，或者 17:30:15。下面的例子使用前面代碼建立的時區建立了兩個本地時間。以後比較時間並以小時和分鐘爲單位計算兩個時間的時間差：

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 提供了多種工廠方法來簡化對象的建立，包括解析時間字符串。

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 本地日期

LocalDate 表示了一個確切的日期，好比 2014-03-11。該對象值是不可變的，用起來和LocalTime基本一致。下面的例子展現瞭如何給Date對象加減天/月/年。另外要注意的是這些對象是不可變的，操做返回的老是一個新實例。

 

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
從字符串解析一個LocalDate類型和解析LocalTime同樣簡單：

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 本地日期時間

LocalDateTime 同時表示了時間和日期，至關於前兩節內容合併到一個對象上了。LocalDateTime和LocalTime還有LocalDate同樣，都是不可變的。LocalDateTime提供了一些能訪問具體字段的方法。

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

只要附加上時區信息，就能夠將其轉換爲一個時間點Instant對象，Instant時間點對象能夠很容易的轉換爲老式的java.util.Date。

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LocalDateTime和格式化時間和日期同樣的，除了使用預約義好的格式外，也能夠本身定義格式：

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

和java.text.NumberFormat不同的是新版的DateTimeFormatter是不可變的，因此它是線程安全的。
關於時間日期格式的詳細信息：

http://download.java.net/jdk8/docs/api/java/time/format/DateTimeFormatter.html

10、Annotation 註解

在Java 8中支持多重註解了，先看個例子來理解一下是什麼意思。
首先定義一個包裝類Hints註解用來放置一組具體的Hint註解：

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

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

Java 8容許把同一個類型的註解使用屢次，只須要給該註解標註一下@Repeatable便可。

例 1: 使用包裝類當容器來存多個註解（老方法）

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

例 2：使用多重註解（新方法）

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

第二個例子裏java編譯器會隱性的定義好@Hints註解，瞭解這一點有助於用反射來獲取這些信息：

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

即使沒有在Person類上定義@Hints註解，仍是能夠經過 getAnnotation(Hints.class) 來獲取 @Hints註解，更加方便的方法是使用 getAnnotationsByType 能夠直接獲取到全部的@Hint註解。
另外Java 8的註解還增長到兩種新的target上了：

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

關於Java 8的新特性就寫到這了，確定還有更多的特性等待發掘。JDK 1.8裏還有不少頗有用的東西，好比Arrays.parallelSort, StampedLock和CompletableFuture等等。