Java 8 簡明教程

Java 8 簡明教程

原文：Java 8 Tutorial

譯者：ImportNew.com - 黃小非

來源：Java 8簡明教程

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「Java並無沒落，人們很快就會發現這一點」

歡迎閱讀我編寫的Java 8介紹。本教程將帶領你一步一步地認識這門語言的新特性。經過簡單明瞭的代碼示例，你將會學習到如何使用默認接口方法，Lambda表達式，方法引用和重複註解。看完這篇教程後，你還將對最新推出的API有必定的瞭解，例如：流控制，函數式接口，map擴展和新的時間日期API等等。

容許在接口中有默認方法實現

Java 8 容許咱們使用default關鍵字，爲接口聲明添加非抽象的方法實現。這個特性又被稱爲擴展方法。下面是咱們的第一個例子：

interface Formula {
    double calculate(int a);

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

在接口Formula中，除了抽象方法caculate之外，還定義了一個默認方法sqrt。Formula的實現類只須要實現抽象方法caculate就能夠了。默認方法sqrt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

formula對象以匿名對象的形式實現了Formula接口。代碼很囉嗦：用了6行代碼才實現了一個簡單的計算功能：a*100開平方根。咱們在下一節會看到，Java 8 還有一種更加優美的方法，可以實現包含單個函數的對象。

Lambda表達式

讓咱們從最簡單的例子開始，來學習如何對一個string列表進行排序。咱們首先使用Java 8以前的方法來實現：

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);
    }
});

靜態工具方法Collections.sort接受一個list，和一個Comparator接口做爲輸入參數，Comparator的實現類能夠對輸入的list中的元素進行比較。一般狀況下，你能夠直接用建立匿名Comparator對象，並把它做爲參數傳遞給sort方法。

除了建立匿名對象之外，Java 8 還提供了一種更簡潔的方式，Lambda表達式。

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

你能夠看到，這段代碼就比以前的更加簡短和易讀。可是，它還能夠更加簡短：

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

只要一行代碼，包含了方法體。你甚至能夠連大括號對{}和return關鍵字都省略不要。不過這還不是最短的寫法：

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

Java編譯器可以自動識別參數的類型，因此你就能夠省略掉類型不寫。讓咱們再深刻地研究一下lambda表達式的威力吧。

函數式接口

Lambda表達式如何匹配Java的類型系統？每個lambda都可以經過一個特定的接口，與一個給定的類型進行匹配。一個所謂的函數式接口必需要有且僅有一個抽象方法聲明。每一個與之對應的lambda表達式必需要與抽象方法的聲明相匹配。因爲默認方法不是抽象的，所以你能夠在你的函數式接口裏任意添加默認方法。

任意只包含一個抽象方法的接口，咱們均可以用來作成lambda表達式。爲了讓你定義的接口知足要求，你應當在接口前加上@FunctionalInterface 標註。編譯器會注意到這個標註，若是你的接口中定義了第二個抽象方法的話，編譯器會拋出異常。

舉例：

@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

注意，若是你不寫@FunctionalInterface 標註，程序也是正確的。

方法和構造函數引用

上面的代碼實例能夠經過靜態方法引用，使之更加簡潔：

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

Java 8 容許你經過::關鍵字獲取方法或者構造函數的的引用。上面的例子就演示瞭如何引用一個靜態方法。並且，咱們還能夠對一個對象的方法進行引用：

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"

讓咱們看看如何使用::關鍵字引用構造函數。首先咱們定義一個示例bean，包含不一樣的構造方法：

class Person {
    String firstName;
    String lastName;

    Person() {}

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

接下來，咱們定義一個person工廠接口，用來建立新的person對象：

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

而後咱們經過構造函數引用來把全部東西拼到一塊兒，而不是像之前同樣，經過手動實現一個工廠來這麼作。

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

咱們經過Person::new來建立一個Person類構造函數的引用。Java編譯器會自動地選擇合適的構造函數來匹配PersonFactory.create函數的簽名，並選擇正確的構造函數形式。

Lambda的範圍

對於lambdab表達式外部的變量，其訪問權限的粒度與匿名對象的方式很是相似。你可以訪問局部對應的外部區域的局部final變量，以及成員變量和靜態變量。

訪問局部變量

咱們能夠訪問lambda表達式外部的final局部變量：

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

stringConverter.convert(2);     // 3

可是與匿名對象不一樣的是，變量num並不須要必定是final。下面的代碼依然是合法的：

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

stringConverter.convert(2);     // 3

然而，num在編譯的時候被隱式地當作final變量來處理。下面的代碼就不合法：

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

在lambda表達式內部企圖改變num的值也是不容許的。

訪問成員變量和靜態變量

與局部變量不一樣，咱們在lambda表達式的內部能獲取到對成員變量或靜態變量的讀寫權。這種訪問行爲在匿名對象裏是很是典型的。

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);
        };
    }
}

訪問默認接口方法

還記得第一節裏面formula的那個例子麼？ 接口Formula定義了一個默認的方法sqrt，該方法可以訪問formula全部的對象實例，包括匿名對象。這個對lambda表達式來說則無效。

默認方法沒法在lambda表達式內部被訪問。所以下面的代碼是沒法經過編譯的：

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

內置函數式接口

JDK 1.8 API中包含了不少內置的函數式接口。有些是在之前版本的Java中你們耳熟能詳的，例如Comparator接口，或者Runnable接口。對這些現成的接口進行實現，能夠經過@FunctionalInterface 標註來啓用Lambda功能支持。

此外，Java 8 API 還提供了不少新的函數式接口，來下降程序員的工做負擔。有些新的接口已經在Google Guava庫中頗有名了。若是你對這些庫很熟的話，你甚至閉上眼睛都可以想到，這些接口在類庫的實現過程當中起了多麼大的做用。

Predicates

Predicate是一個布爾類型的函數，該函數只有一個輸入參數。Predicate接口包含了多種默認方法，用於處理複雜的邏輯動詞（and, or，negate）

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接口接收一個參數，並返回單一的結果。默認方法能夠將多個函數串在一塊兒（compse, andThen）

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

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

Suppliers

Supplier接口產生一個給定類型的結果。與Function不一樣的是，Supplier沒有輸入參數。

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

Consumers

Consumer表明了在一個輸入參數上須要進行的操做。

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

Comparators

Comparator接口在早期的Java版本中很是著名。Java 8 爲這個接口添加了不一樣的默認方法。

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

Optionals

Optional不是一個函數式接口，而是一個精巧的工具接口，用來防止NullPointerEception產生。這個概念在下一節會顯得很重要，因此咱們在這裏快速地瀏覽一下Optional的工做原理。

Optional是一個簡單的值容器，這個值能夠是null，也能夠是non-null。考慮到一個方法可能會返回一個non-null的值，也可能返回一個空值。爲了避免直接返回null，咱們在Java 8中就返回一個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表示了某一種元素的序列，在這些元素上能夠進行各類操做。Stream操做能夠是中間操做，也能夠是完結操做。完結操做會返回一個某種類型的值，而中間操做會返回流對象自己，而且你能夠經過屢次調用同一個流操做方法來將操做結果串起來（就像StringBuffer的append方法同樣————譯者注）。Stream是在一個源的基礎上建立出來的，例如java.util.Collection中的list或者set（map不能做爲Stream的源）。Stream操做每每能夠經過順序或者並行兩種方式來執行。

咱們先了解一下序列流。首先，咱們經過string類型的list的形式建立示例數據：

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Collections類的功能已經有所加強，你能夠之直接經過調用Collections.stream()或者Collection.parallelStream()方法來建立一個流對象。下面的章節會解釋這個最經常使用的操做。

Filter

Filter接受一個predicate接口類型的變量，並將全部流對象中的元素進行過濾。該操做是一箇中間操做，所以它容許咱們在返回結果的基礎上再進行其餘的流操做（forEach）。ForEach接受一個function接口類型的變量，用來執行對每個元素的操做。ForEach是一個停止操做。它不返回流，因此咱們不能再調用其餘的流操做。

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

// "aaa2", "aaa1"

Sorted

Sorted是一箇中間操做，可以返回一個排過序的流對象的視圖。流對象中的元素會默認按照天然順序進行排序，除非你本身指定一個Comparator接口來改變排序規則。

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

// "aaa1", "aaa2"

必定要記住，sorted只是建立一個流對象排序的視圖，而不會改變原來集合中元素的順序。原來string集合中的元素順序是沒有改變的。

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

Map

map是一個對於流對象的中間操做，經過給定的方法，它可以把流對象中的每個元素對應到另一個對象上。下面的例子就演示瞭如何把每一個string都轉換成大寫的string. 不但如此，你還能夠把每一種對象映射成爲其餘類型。對於帶泛型結果的流對象，具體的類型還要由傳遞給map的泛型方法來決定。

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

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

Match

匹配操做有多種不一樣的類型，都是用來判斷某一種規則是否與流對象相互吻合的。全部的匹配操做都是終結操做，只返回一個boolean類型的結果。

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是一個終結操做，它的做用是返回一個數值，用來標識當前流對象中包含的元素數量。

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

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

Reduce

該操做是一個終結操做，它可以經過某一個方法，對元素進行削減操做。該操做的結果會放在一個Optional變量裏返回。

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

像上面所說的，流操做能夠是順序的，也能夠是並行的。順序操做經過單線程執行，而並行操做則經過多線程執行。

下面的例子就演示瞭如何使用並行流進行操做來提升運行效率，代碼很是簡單。

首先咱們建立一個大的list，裏面的元素都是惟一的：

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

如今，咱們測量一下對這個集合進行排序所使用的時間。

順序排序

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

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));

// parallel sort took: 472 ms

如你所見，全部的代碼段幾乎都相同，惟一的不一樣就是把stream()改爲了parallelStream(), 結果並行排序快了50%。

Map

正如前面已經提到的那樣，map是不支持流操做的。而更新後的map如今則支持多種實用的新方法，來完成常規的任務。

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));

上面的代碼風格是徹底自解釋的：putIfAbsent避免咱們將null寫入；forEach接受一個消費者對象，從而將操做實施到每個map中的值上。

下面的這個例子展現瞭如何使用函數來計算map的編碼

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，咱們將學習，當給定一個key值時，如何把一個實例從對應的key中移除：

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

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

另外一個有用的方法：

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

將map中的實例合併也是很是容易的：

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

合併操做先看map中是否沒有特定的key/value存在，若是是，則把key/value存入map，不然merging函數就會被調用，對現有的數值進行修改。

時間日期API

Java 8 包含了全新的時間日期API，這些功能都放在了java.time包下。新的時間日期API是基於Joda-Time庫開發的，可是也不盡相同。下面的例子就涵蓋了大多數新的API的重要部分。

Clock

Clock提供了對當前時間和日期的訪問功能。Clock是對當前時區敏感的，並可用於替代System.currentTimeMillis()方法來獲取當前的毫秒時間。當前時間線上的時刻能夠用Instance類來表示。Instance也可以用於建立原先的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

時區類能夠用一個ZoneId來表示。時區類的對象能夠經過靜態工廠方法方便地獲取。時區類還定義了一個偏移量，用來在當前時刻或某時間與目標時區時間之間進行轉換。

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

本地時間類表示一個沒有指定時區的時間，例如，10 p.m.或者17：30:15，下面的例子會用上面的例子定義的時區建立兩個本地時間對象。而後咱們會比較兩個時間，並計算它們之間的小時和分鐘的不一樣。

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是由多個工廠方法組成，其目的是爲了簡化對時間對象實例的建立和操做，包括對時間字符串進行解析的操做。

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

本地時間表示了一個獨一無二的時間，例如：2014-03-11。這個時間是不可變的，與LocalTime是同源的。下面的例子演示瞭如何經過加減日，月，年等指標來計算新的日期。記住，每一次操做都會返回一個新的時間對象。

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<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>

解析字符串並造成LocalDate對象，這個操做和解析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

LocalDateTime表示的是日期-時間。它將剛纔介紹的日期對象和時間對象結合起來，造成了一個對象實例。LocalDateTime是不可變的，與LocalTime和LocalDate的工做原理相同。咱們能夠經過調用方法來獲取日期時間對象中特定的數據域。

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

若是再加上的時區信息，LocalDateTime可以被轉換成Instance實例。Instance可以被轉換成之前的java.util.Date對象。

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

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

格式化日期-時間對象就和格式化日期對象或者時間對象同樣。除了使用預約義的格式之外，咱們還能夠建立自定義的格式化對象，而後匹配咱們自定義的格式。

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

不一樣於java.text.NumberFormat，新的DateTimeFormatter類是不可變的，也是線程安全的。

更多的細節，請看這裏

Annotations

Java 8中的註解是可重複的。讓咱們直接深刻看看例子，弄明白它是什麼意思。

首先，咱們定義一個包裝註解，它包括了一個實際註解的數組

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

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

只要在前面加上註解名：@Repeatable，Java 8 容許咱們對同一類型使用多重註解，

變體1：使用註解容器（老方法）

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

變體2：使用可重複註解（新方法）

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

使用變體2，Java編譯器可以在內部自動對@Hint進行設置。這對於經過反射來讀取註解信息來講，是很是重要的。

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

儘管咱們絕對不會在Person類上聲明@Hints註解，可是它的信息仍然能夠經過getAnnotation(Hints.class)來讀取。而且，getAnnotationsByType方法會更方便，由於它賦予了全部@Hints註解標註的方法直接的訪問權限。

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

先到這裏

個人Java 8編程指南就到此告一段落。固然，還有不少內容須要進一步研究和說明。這就須要靠讀者您來對JDK 8進行探究了，例如：Arrays.parallelSort, StampedLock和CompletableFuture等等 ———— 我這裏只是舉幾個例子而已。

我但願這個博文可以對您有所幫助，也但願您閱讀愉快。完整的教程源代碼放在了GitHub上。您能夠盡情地fork，並請經過Twitter告訴我您的反饋。