Java8流特性和Lambda表达式
Java8主要的改变是为集合框架增加了流的概念,提高了集合的抽象层次。相比于旧有框架直接操作数据的内部处理方式,流+高阶函数的外部处理方式对数据封装更好。同时流的概念使得对并发编程支持更强。
在语法上Java8提供了Lambda表达式来传递方法体,简化了之前方法必须藏身在不必要的类中的繁琐。Lambda表达式体现了函数式编程的思想,即一个函数亦可以作为另一个函数参数和返回值,使用了函数作参数/返回值的函数被称为高阶函数。
1. Lambda表达式
Java 被诟病为繁琐的地方就在于不支持传递方法,Java中的方法必须依赖类存在,也不能将方法作为参数或返回值,这是与python等语言相比的弱势。Java 8中使用新特性Lambda表达式来改善这一点。
1.1 使用示例
以Runnable接口为例,如果需要执行一个线程,实际只需要run()方法中的代码块,但形式上必须要先制造一个Runnable接口实现类(通常是匿名内部类)。
使用Lambda表达式仅仅需要一行代码,达到传递run方法的效果,而不必定义匿名内部类。
new Thread(()->System.out.println("Lambda")).start();
1.2 类型参数推断机制(Type Argument Inference)
Lambda表达式之所以能够做如此简化得益于Java的类型参数推断机制。所有省略的内容都可以由编译器通过上下文推断出来。
类型推断机制在Java中的应用广泛,例如数组类型确定,Java7引入的菱形操作符等等。
类型参数推断机制要推断的是Lambda表达式的目标类型,往往需要与Java的重载解析机制配合。其解析规则是
-
只有一个可能目标类型时,由响应函数接口里的参数类型推导得出
-
有多个可能目标类型,选择最具体的类型
-
有多个可能目标类型但无法明确最具体类型,则编译报错
1.3 函数接口(Functional Interface)
一个方法可以抽象成函数接口。函数接口类似于一个黑箱,只需要关注其参数和返回值类型,函数接口中只有单方法。Runnable的函数接口如下:
可以看到这是一个空接口。可以用它代表所有参数和返回值都为空的方法。
Java8中定义若干函数接口(位于包java.util.function)。
接口 | 参数 | 返回类型 | 示例 |
---|---|---|---|
Pridicate<T> | T | boolean | 条件判断 |
Consumer<T> | T | void | 消费者 |
Function<T, R> | T | R | 再加工 |
Supplier<T> | void | T | 供应者 |
BinaryOperator<T> | <T,T> | T | 求和 |
UnaryOperator<T> | T | T | 逻辑非 |
以Pridicate函数接口为例,这是一个泛型接口,参数可以是任意类型,返回值是boolean类型,代表根据数值作判断的一类方法。
1.4 并非语法糖
从类型推断的角度看很容易觉得Lambda表达式是和泛型,装箱等机制一样的语法糖,编译器在背后补全了省略信息,但实际上并非如此。
class Apple{ public String toString() {return "apple";}; Runnable r1 = ()->{System.out.println(this);}; Runnable r2 = new Runnable() { public void run() { System.out.println(this); } }; } -------------------- //执行两个线程得到的结果是 apple Day0917.Apple$1@22e90474
正常的匿名内部类中 this关键字 指向内部类对象自身,同时将生成Apple$1.class文件。
Lambda表达式中this所指向的则是外部类对象,并不会生成内部类class文件,这说明Lambda表达式并不是语法糖,它没有产生一个内部类,也没有引入一个新的作用域。
Lambda与内部类相同之处在于其内部所定义的变量均为final或既成事实上的final.
1.5 默认方法
Java8最重要的改变就是对类库的改造,使得接口中方法可以拥有代码体。这种定义在接口中的包含方法体的方法,需要用default修饰,称之为默认方法。
interface Apple{ default void show(){ System.out.println("interface"); } } class MyApple implements Apple{ @Override public void show() { Apple.super.show(); } }
如果实现类中重写了默认方法,则接口中默认方法就被覆盖了。如果两个接口定义了相同的默认方法,则实现类中可以通过指定全称来确定使用哪个父类的方法。
1.6 方法引用
如果将匿名内部类改造为Lambda表达式是偷懒的话,那方法引用则是懒到连Lambda表达式都不想写了。
在之前,我们知道Lambda表达式可以作为函数参数和返回值,表示传递一个方法。方法引用就是使用 ClassName::MethodName 的形式来指定方法。故而方法引用与Lambda表达式完全同源同种,可以相互替代。
//1,建立一个字符串 String::new //2.建立一个字符串数组 String[]::new
注意 lambda表达式与方法引用表示的是方法本身,将要被用过高阶函数的参数/返回值,并不能单独使用。
2. 流stream
任务:创建一个姓名集合,要求出所有初始字母为a的人的总数目。使用流处理的代码如下:
ArrayList<String> person = new ArrayList<>(); ----init---- //1.由集合获得流对象 Stream<String> steam = person.stream(); //2.对流对象进行过滤和统计 steam.filter((s)->s.startsWith("a")) //1.流过滤 .count(); //2.计算流对象中元素数目
使用函数接口(形式上表现为Lambda表达式)作为参数和返回值的函数就是所谓的高阶函数,如此处的filter,其参数为函数接口Predicate,亦可以理解为一个接口为 T--->boolean 的方法。
上述示例中为流对象的高阶函数传入一个函数接口Predicate,避免了直接处理集合中的数据对象。示例展示了流使用的通用格式:
-
获得流对象Stream
-
对流对象Stream进行惰性求值,返回值仍然是一个Stream对象。
-
对流对象Stream进行及早求值,返回值不在是一个Stream对象。
2.1常见高阶函数
1.collect方法
collect方法属于一个及早求值方法,负责将流对象转换成其他数据结构,如列表,集合,值等。这项工作由收集器Collector完成。java8为此提供了Collectors工具类。
1.1 转换成集合
List<Person> list = stream.collect(Collectors.toList()); List<Person> arraylist = stream.collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new)); Set<Person> set = stream.collect(Collectors.toSet()); Set<Person> treeSet = stream.collect(Collectors.toCollection(TreeSet::new));
使用Collectors.toList()将流对象转换成集合时并不需要指定具体类型,Java默认选择了实现类型,如果要自己指定,可以使用Collectors.toCollection(ArrayList::new),其参数ArrayList::new就是上文中的方法引用,表示一个建立ArrayList对象的方法,ArrayList就是想要转换成的数据类型;
1.2 转换成值
//1.获得最大最小值 Function<Person, Integer> getLevel = p->p.age; Comparator<Person> comparator = Comparator.comparing(getLevel); stream.collect(Collectors.maxBy(comparator)); stream.collect(Collectors.minBy(comparator)); //2.获得平均值 ToIntFunction<Person> getAverage = p->p.age; stream.collect(Collectors.averagingInt(getAverage));
1.3 数据分块
将流对象按某种条件分成两部分
Predicate<Person> isTang = p->p.country.equals(Country.Tang); stream.collect(Collectors.partitioningBy(isTang));
1.4 数据分组
Function<Person, Integer> country= p -> p.country.ordinal(); stream.collect(Collectors.groupingBy(country));
分块和分组看似相同,但意义不同,分块使用判断作为方法,只能将流分成两块;分组则灵活的多。
1.5 字符串
stream.map(Person::getName).collect(Collectors.joining("/", "[", "]"));
1.6 合并收集器
stream.collect(Collectors.groupingBy(country,Collectors.counting()));
2.map
map是一个惰性求值方法。函数接口为Function<T, R>函数接口,负责将数据从一个类型转换为另一个类型;高阶函数map的作用就是将数据从一个流转换为另一个流。
3.filter
filter 是一个惰性求值方法。函数接口为Pridicate<T>,此方法负责对数据进行判断,filter高阶函数负责根据判断结果对流进行过滤。
4.flatMap系列
flatMap 是一个惰性求值方法。其参数亦为Function<T, R>,将多个流组合为一个流。
//1.a1,a2是两个列表,map处理后仍是两个列表 Stream.of(a1,a2).map(s->s) ------------- [1, 2, 3, 4] [] //2.flatMap将二者合并为一个流 Stream.of(a1,a2).map(s->s) .flatMap(s->s.stream()) ------------- 1234
看源码可知,flatMap中函数接口Function的输出类型为Stream<R>。
5.max/min
属于一个及早求值方法。需要传入一个Comparator函数接口,Java8提供了Comparator.comparing方法获得该函数接口的实现,该静态方法是接口的静态方法,获得一个函数返回一个Comparator对象。
min(Comparator.comparing(s->s.toString()));
max/min的返回值是 Optional,代表一个或有或无的值,主要是用来取代万恶的null值;使用get方法可以获取其值。
6.reduce
属于一个及早求值方法。意为流数据的累加,有两个版本。
//1.无初始值累加 T t = person.stream().reduce((a,b)->a+b); //2.带初始值累加 Optional<T> t = person.stream().reduce("1",(a,b)->a+b);
7. foreach
属于一个及早求值方法,用来遍历流对象。
总而言之,Java8中流对象的引入使得可以在更高的层次上对集合进行处理,使得抽象的方法和具体的行为逻辑分离开来,也加强了数据的封装性,另一个好处是对并发的支持更强,以后再补充。