Java8流特性和Lambda表达式

java 7 2016-02-29 13:03
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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。

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