JAVA8 十大新特性詳解

“Java is still not dead—and people are starting to figure that out.”

本教程將用帶註釋的簡單代碼來描述新特性，你將看不到大片嚇人的文字。

一、介面的預設方法

Java 8允許我們為介面添加一個非抽象的方法實現，只需要使用default關鍵字即可，這個特徵又叫做擴充方法，範例如下：

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

Formula介面在擁有calculate方法之外同時也定義了sqrt方法，實作了Formula介面的子類別只需要實作一個calculate方法，預設方法sqrt將在子類別上可以直接使用。

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被實作為一個匿名類別的實例，該程式碼非常容易理解，6行程式碼實作了計算 sqrt(a * 100)。在下一節中，我們將會看到實作單方法介面的更簡單的做法。

譯者註： 在Java中只有單繼承，如果要讓一個類別賦予新的特性，通常是使用介面來實現，在C++中支援多繼承，允許一個子類別同時具有多個父類別的介面與功能，在其他語言中，讓一個類別同時具有其他的可重複使用程式碼的方法叫做mixin。新的Java 8 的這個特新在編譯器實作的角度上來說更接近Scala的trait。 在C#中也有名為擴充方法的概念，允許給已存在的類型擴充方法，和Java 8的這個在語意上有差異。

二、Lambda 表達式

首先看看在舊版本的Java中是如何排列字串的：

Listf7e83be87db5cd2d9a8a0b8117b38cd4 names = Arrays.asList("peter", "anna", "mike", "xenia");
Collections.sort(names, new Comparatorf7e83be87db5cd2d9a8a0b8117b38cd4() {
    @Override
    public int compare(String a, String b) {
        return b.compareTo(a);
    }
});

只需要給靜態方法Collections.sort 傳入一個List物件以及一個比較器來按指定順序排列。通常做法都是建立一個匿名的比較器物件然後將其傳遞給sort方法。

在Java 8 中你就沒必要使用這種傳統的匿名物件的方式了，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，程式碼變得更段且更具有可讀性，但其實還可以寫得更短：

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

對於函數體只有一行程式碼的，你可以去掉大括號{}以及return關鍵字，但是你還可以寫得更短點：

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

Java編譯器可以自動推導出參數類型，所以你可以不用再寫一次類型。接下來我們來看看lambda表達式還能作出什麼更方便的東西來：

三、函數式介面

Lambda表達式是如何在java的類型系統中表示的呢？每一個lambda表達式都對應一個類型，通常是介面類型。而「函數式接口」是指僅僅只包含一個抽象方法的接口，每一個該類型的lambda表達式都會被匹配到這個抽象方法。因為 預設方法 不算抽象方法，所以你也可以為你的函數式介面加入預設方法。

我們可以將lambda表達式當作任意只包含一個抽象方法的接口類型，確保你的接口一定達到這個要求，你只需要給你的接口添加@FunctionalInterface 註解，編譯器如果發現你標註了這個註解的介面有多於一個抽象方法的時候會報錯的。

範例如下：

@FunctionalInterface
interface Converter9efde64c8e78ec8daba603d9ac61febe {
    T convert(F from);
}
Converter4c67ceab372661f5825b546aa977ae81 converter = (from) -> Integer.valueOf(from);
Integer converted = converter.convert("123");
System.out.println(converted);    // 123

需要注意如果@FunctionalInterface如果沒有指定，上面的程式碼也是對的。

譯者註將lambda表達式映射到一個單方法的介面上，這種做法在Java 8之前就有別的語言實現，例如Rhino JavaScript解釋器，如果一個函數參數接收一個單方法的介面而你傳遞的是一個function，Rhino 解譯器會自動做一個單一介面的實例到function的轉接器，典型的應用場景有org.w3c.dom.events.EventTarget 的addEventListener 第二個參數EventListener。

四、方法與建構子引用

前一節的程式碼也可以透過靜態方法引用來表示：

Converter4c67ceab372661f5825b546aa977ae81 converter = Integer::valueOf;
Integer converted = converter.convert("123");
System.out.println(converted);   // 123

Java 8 允許你使用:: 關鍵字來傳遞方法或建構函式引用，上面的程式碼顯示如何引用一個靜態方法，我們也可以引用一個物件的方法：

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

接下來看看建構函式是如何使用::關鍵字來引用的，首先我們定義一個包含多個建構子的簡單類別：

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

接下來我們指定一個用來建立Person物件的物件工廠介面：

interface PersonFactory8a91318cb06ddca0a406341b559597e2 {
    P create(String firstName, String lastName);
}

這裡我們使用建構函式參考來將他們關聯起來，而不是實作一個完整的工廠：

PersonFactory8abf60ac54173a2785e603c7a1f95b4e personFactory = Person::new;
Person person = personFactory.create("Peter", "Parker");

我們只需要使用Person:: new 來取得Person類別建構函式的引用，Java編譯器會自動根據PersonFactory.create方法的簽章來選擇適當的建構子。

五、Lambda 作用域

在lambda表達式中存取外層作用域和舊版本的匿名物件中的方式很相似。你可以直接存取標記了final的外層局部變量，或是實例的欄位以及靜態變數。

六、存取局部變數

我們可以直接在lambda表達式中存取外層的局部變數：

final int num = 1;
Converter4a74c80eaab3e4028fdc76296099a1bc stringConverter =
        (from) -> String.valueOf(from + num);
stringConverter.convert(2);     // 3

但是和匿名物件不同的是，這裡的變數num可以不用宣告為final，程式碼同樣正確：

int num = 1;
Converter4a74c80eaab3e4028fdc76296099a1bc stringConverter =
        (from) -> String.valueOf(from + num);
stringConverter.convert(2);     // 3

不過這裡的num必須不可被後面的程式碼修改（即隱性的具有final的語意），例如下面的就無法編譯：

int num = 1;
Converter4a74c80eaab3e4028fdc76296099a1bc stringConverter =
        (from) -> String.valueOf(from + num);
num = 3;

在lambda表达式中试图修改num同样是不允许的。

七、访问对象字段与静态变量

和本地变量不同的是，lambda内部对于实例的字段以及静态变量是即可读又可写。该行为和匿名对象是一致的：

class Lambda4 {
    static int outerStaticNum;
    int outerNum;
    void testScopes() {
        Converter4a74c80eaab3e4028fdc76296099a1bc stringConverter1 = (from) -> {
            outerNum = 23;
            return String.valueOf(from);
        };
        Converter4a74c80eaab3e4028fdc76296099a1bc stringConverter2 = (from) -> {
            outerStaticNum = 72;
            return String.valueOf(from);
        };
    }
}

八、访问接口的默认方法

还记得第一节中的formula例子么，接口Formula定义了一个默认方法sqrt可以直接被formula的实例包括匿名对象访问到，但是在lambda表达式中这个是不行的。
Lambda表达式中是无法访问到默认方法的，以下代码将无法编译：

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

JDK 1.8 API包含了很多内建的函数式接口，在老Java中常用到的比如Comparator或者Runnable接口，这些接口都增加了@FunctionalInterface注解以便能用在lambda上。
Java 8 API同样还提供了很多全新的函数式接口来让工作更加方便，有一些接口是来自Google Guava库里的，即便你对这些很熟悉了，还是有必要看看这些是如何扩展到lambda上使用的。

Predicate接口

Predicate 接口只有一个参数，返回boolean类型。该接口包含多种默认方法来将Predicate组合成其他复杂的逻辑（比如：与，或，非）：

Predicatef7e83be87db5cd2d9a8a0b8117b38cd4 predicate = (s) -> s.length() > 0;
predicate.test("foo");              // true
predicate.negate().test("foo");     // false
Predicate558d764cdd41f624c4c5c9c8da137eab nonNull = Objects::nonNull;
Predicate558d764cdd41f624c4c5c9c8da137eab isNull = Objects::isNull;
Predicatef7e83be87db5cd2d9a8a0b8117b38cd4 isEmpty = String::isEmpty;
Predicatef7e83be87db5cd2d9a8a0b8117b38cd4 isNotEmpty = isEmpty.negate();

Function 接口

Function 接口有一个参数并且返回一个结果，并附带了一些可以和其他函数组合的默认方法（compose, andThen）：

Function4c67ceab372661f5825b546aa977ae81 toInteger = Integer::valueOf;
Function18fed3eaa375b9cabd6da695ec776cac backToString = toInteger.andThen(String::valueOf);
backToString.apply("123");     // "123"

Supplier 接口

Supplier 接口返回一个任意范型的值，和Function接口不同的是该接口没有任何参数

Supplier8abf60ac54173a2785e603c7a1f95b4e personSupplier = Person::new;
personSupplier.get();   // new Person

Consumer 接口

Consumer 接口表示执行在单个参数上的操作。

Consumer8abf60ac54173a2785e603c7a1f95b4e greeter = (p) -> System.out.println("Hello, " + p.firstName);
greeter.accept(new Person("Luke", "Skywalker"));

Comparator 接口

Comparator 是老Java中的经典接口， Java 8在此之上添加了多种默认方法：

Comparator8abf60ac54173a2785e603c7a1f95b4e 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 不是函数是接口，这是个用来防止NullPointerException异常的辅助类型，这是下一届中将要用到的重要概念，现在先简单的看看这个接口能干什么：

Optional 被定义为一个简单的容器，其值可能是null或者不是null。在Java 8之前一般某个函数应该返回非空对象但是偶尔却可能返回了null，而在Java 8中，不推荐你返回null而是返回Optional。

Optionalf7e83be87db5cd2d9a8a0b8117b38cd4 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 表示能应用在一组元素上一次执行的操作序列。Stream 操作分为中间操作或者最终操作两种，最终操作返回一特定类型的计算结果，而中间操作返回Stream本身，这样你就可以将多个操作依次串起来。Stream 的创建需要指定一个数据源，比如 java.util.Collection的子类，List或者Set， Map不支持。Stream的操作可以串行执行或者并行执行。

首先看看Stream是怎么用，首先创建实例代码的用到的数据List：

Listf7e83be87db5cd2d9a8a0b8117b38cd4 stringCollection = new ArrayLista8093152e673feb7aba1828c43532094();
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扩展了集合类，可以通过 Collection.stream() 或者 Collection.parallelStream() 来创建一个Stream。下面几节将详细解释常用的Stream操作：

Filter 过滤

过滤通过一个predicate接口来过滤并只保留符合条件的元素，该操作属于中间操作，所以我们可以在过滤后的结果来应用其他Stream操作（比如forEach）。forEach需要一个函数来对过滤后的元素依次执行。forEach是一个最终操作，所以我们不能在forEach之后来执行其他Stream操作。

stringCollection
    .stream()
    .filter((s) -> s.startsWith("a"))
    .forEach(System.out::println);
// "aaa2", "aaa1"

Sort 排序

排序是一个中间操作，返回的是排序好后的Stream。如果你不指定一个自定义的Comparator则会使用默认排序。

stringCollection
    .stream()
    .sorted()
    .filter((s) -> s.startsWith("a"))
    .forEach(System.out::println);
// "aaa1", "aaa2"

需要注意的是，排序只创建了一个排列好后的Stream，而不会影响原有的数据源，排序之后原数据stringCollection是不会被修改的：

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

Map 映射

中间操作map会将元素根据指定的Function接口来依次将元素转成另外的对象，下面的示例展示了将字符串转换为大写字符串。你也可以通过map来讲对象转换成其他类型，map返回的Stream类型是根据你map传递进去的函数的返回值决定的。

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提供了多种匹配操作，允许检测指定的Predicate是否匹配整个Stream。所有的匹配操作都是最终操作，并返回一个boolean类型的值。

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 计数

计数是一个最终操作，返回Stream中元素的个数，返回值类型是long。

long startsWithB = 
    stringCollection
        .stream()
        .filter((s) -> s.startsWith("b"))
        .count();
System.out.println(startsWithB);    // 3

Reduce 规约

这是一个最终操作，允许通过指定的函数来讲stream中的多个元素规约为一个元素，规越后的结果是通过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"

并行Streams

前面提到过Stream有串行和并行两种，串行Stream上的操作是在一个线程中依次完成，而并行Stream则是在多个线程上同时执行。

下面的例子展示了是如何通过并行Stream来提升性能：

首先我们创建一个没有重复元素的大表：

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

然后我们计算一下排序这个Stream要耗时多久，
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));

// 串行耗时: 899 ms
并行排序：

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));

// 并行排序耗时: 472 ms
上面两个代码几乎是一样的，但是并行版的快了50%之多，唯一需要做的改动就是将stream()改为parallelStream()。

Map

前面提到过，Map类型不支持stream，不过Map提供了一些新的有用的方法来处理一些日常任务。

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));
以上代码很容易理解， putIfAbsent 不需要我们做额外的存在性检查，而forEach则接收一个Consumer接口来对map里的每一个键值对进行操作。

下面的例子展示了map上的其他有用的函数：

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

接下来展示如何在Map里删除一个键值全都匹配的项：

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

另外一个有用的方法：

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

对Map的元素做合并也变得很容易了：

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做的事情是如果键名不存在则插入，否则则对原键对应的值做合并操作并重新插入到map中。

九、Date API

Java 8 在包java.time下包含了一组全新的时间日期API。新的日期API和开源的Joda-Time库差不多，但又不完全一样，下面的例子展示了这组新API里最重要的一些部分：

Clock 时钟

Clock类提供了访问当前日期和时间的方法，Clock是时区敏感的，可以用来取代 System.currentTimeMillis() 来获取当前的微秒数。某一个特定的时间点也可以使用Instant类来表示，Instant类也可以用来创建老的java.util.Date对象。

Clock clock = Clock.systemDefaultZone();
long millis = clock.millis();
Instant instant = clock.instant();
Date legacyDate = Date.from(instant);   // legacy java.util.Date

Timezones 时区

在新API中时区使用ZoneId来表示。时区可以很方便的使用静态方法of来获取到。 时区定义了到UTS时间的时间差，在Instant时间点对象到本地日期对象之间转换的时候是极其重要的。

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 本地时间

LocalTime 定义了一个没有时区信息的时间，例如 晚上10点，或者 17:30:15。下面的例子使用前面代码创建的时区创建了两个本地时间。之后比较时间并以小时和分钟为单位计算两个时间的时间差：

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 提供了多种工厂方法来简化对象的创建，包括解析时间字符串。

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 表示了一个确切的日期，比如 2014-03-11。该对象值是不可变的，用起来和LocalTime基本一致。下面的例子展示了如何给Date对象加减天/月/年。另外要注意的是这些对象是不可变的，操作返回的总是一个新实例。

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
从字符串解析一个LocalDate类型和解析LocalTime一样简单：

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 本地日期时间

LocalDateTime 同时表示了时间和日期，相当于前两节内容合并到一个对象上了。LocalDateTime和LocalTime还有LocalDate一样，都是不可变的。LocalDateTime提供了一些能访问具体字段的方法。

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

只要附加上时区信息，就可以将其转换为一个时间点Instant对象，Instant时间点对象可以很容易的转换为老式的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和格式化时间和日期一样的，除了使用预定义好的格式外，我们也可以自己定义格式：

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不一样的是新版的DateTimeFormatter是不可变的，所以它是线程安全的。
关于时间日期格式的详细信息：http://download.java.net/jdk8/docs/api/java/time/format/DateTimeFormatter.html

十、Annotation 注解

在Java 8中支持多重注解了，先看个例子来理解一下是什么意思。
首先定义一个包装类Hints注解用来放置一组具体的Hint注解：

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

Java 8允许我们把同一个类型的注解使用多次，只需要给该注解标注一下@Repeatable即可。

例 1: 使用包装类当容器来存多个注解（老方法）

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

例 2：使用多重注解（新方法）

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

第二个例子里java编译器会隐性的帮你定义好@Hints注解，了解这一点有助于你用反射来获取这些信息：

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

即便我们没有在Person类上定义@Hints注解，我们还是可以通过 getAnnotation(Hints.class) 来获取 @Hints注解，更加方便的方法是使用 getAnnotationsByType 可以直接获取到所有的@Hint注解。
另外Java 8的注解还增加到两种新的target上了：

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

关于Java 8的新特性就写到这了，肯定还有更多的特性等待发掘。JDK 1.8里还有很多很有用的东西，比如Arrays.parallelSort, StampedLock和CompletableFuture等等。

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