Java8学习笔记

Java 8引入函数式编程，好处：

1. 代码简洁，意图明确，使用stream接口而不是for循环。
2. 多核友好，parallel()方法。

相关知识

高阶函数

高阶函数就是接收函数参数的函数，能够根据传入的函数参数调节自己的行为。类似C语言中接收函数指针的函数。最经典的就是接收排序比较函数的排序函数。在Java8之前，就是那些可以接收回调接口作为参数的方法；接收 Function, Consumer, Supplier 作为参数的函数都是高阶函数。高阶函数使得函数的能力更加灵活多变。

面向接口编程

面向接口的编程，针对接口而非具体类型进行编程，可以降低程序的耦合性、提高灵活性、提高复用性。
接口常被用于传递代码，通过接口传递行为代码，就要传递一个实现该接口的实例对象，可以使用匿名内部类。

Lambda

Wikipedia：

a function (or a subroutine) defined, and possibly called, without being bound to an identifier。
一个不用被绑定到一个标识符上，并且可能被调用的函数。

Lambda表达式本质上是一个匿名方法，可以这样理解：一段带有输入参数的可执行语句块。一种紧凑的传递代码的方式。

需求：列出当前目录下的所有后缀为.txt的文件。可以使用匿名内部类：

// 列出当前目录下的所有后缀为.txt的文件
File f = new File(".");
File[] files = f.listFiles(new FilenameFilter() {
    @Override
    public boolean accept(File dir, String name) {
        if (name.endsWith(".txt")) {
            return true;
        }
        return false;
    }
});

匿名内部类其他常用场景：Comparator 实现排序比较；Runnable/Callable 运行线程；

使用Lambda方式改写：

File f = new File(".");
File[] files = f.listFiles((File dir, String name) -> {
    if (name.endsWith(".txt")) {
        return true;
    }
    return false;
});

相比匿名内部类，传递代码变得更为直观，不再有实现接口的模板代码，不再声明方法，名字也没有，而是直接给出方法的实现代码。Lambda表达式由​​->​​​分隔为两部分，前面是方法参数，后面{}内是方法代码。
if……else 简化：

File[] files = f.listFiles((File dir, String name) -> {
    return name.endsWith(".txt");
});

当主体代码只有一条语句时，括号和return语句也可以省略：
​​​File[] files = f.listFiles((File dir, String name) -> name.endsWith(".txt"));​​​ 没有括号时，主体代码是一个表达式，这个表达式的值就是函数的返回值，结尾不能加分号，也不能加return语句。
进一步，方法的参数类型声明也可以省略，借助于自动推断（listFiles接受的参数类型是FilenameFilter接口，只有一个方法accept，其两个参数类型分别是File和String）：
​​File[] files = f.listFiles((dir, name) -> name.endsWith(".txt"));​​

方法参数部分为空，写为()：

函数式接口

JDK 1.8内置很多函数式接口：Comparator，Runnable。对这些现成的接口进行实现，可以通过​​@FunctionalInterface​​来启用Lambda功能支持。

谓词链

谓词，即Predicate函数接口，JDK8引入，用于filter()操作中，该函数接口提供​​and(), or(), Predicate.negate()​​​方法；
实例

// 最简单的过滤，使用一个谓词
List<String> names = Arrays.asList("Adam", "Alexander", "John", "Tom");
List<String> result = names.stream()
        .filter(name -> name.startsWith("A"))
        .collect(Collectors.toList());
// 两个谓词使用两个filter过滤
List<String> result = names.stream()
        .filter(name -> name.startsWith("A"))
        .filter(name -> name.length() < 5)
        .collect(Collectors.toList());
// 两个谓词使用与运算符
List<String> result = names.stream()
        .filter(name -> name.startsWith("A") && name.length() < 5)
        .collect(Collectors.toList());
// 使用and(), or(), negate()方法
Predicate<String> predicate1 = str -> str.startsWith("A");
Predicate<String> predicate2 = str -> str.length() < 5;
List<String> result = names.stream()
        .filter(predicate1.and(predicate2))
        .collect(Collectors.toList());
// 组合
List<String> result = names.stream().filter(((Predicate<String>) name -> name.startsWith("A"))
        .and(name -> name.length() < 5))
        .collect(Collectors.toList());
// 组合一组
List<Predicate<String>> allPredicates = new ArrayList<>();
allPredicates.add(str -> str.startsWith("A"));
allPredicates.add(str -> str.contains("d"));
allPredicates.add(str -> str.length() > 4);
List<String> result = names.stream()
        .filter(allPredicates.stream().reduce(x -> true, Predicate::and))
        .collect(Collectors.toList());

List<String> result1 = names.stream()
        .filter(allPredicates.stream().reduce(x -> false, Predicate::or))
        .collect(Collectors.toList());

stream

Java函数式编程的主角，stream并不是某种数据结构，它只是数据源的一种视图。数据源可以是一个数组，Java容器或I/O channel等。stream通常不会手动创建，而是调用对应的工具方法来创建一个流对象：

• 调用​​Collection.stream()​​​或者​​Collection.parallelStream()​​方法；
• 调用​​Arrays.stream(T[] array)​​方法。

IntStream, LongStream, DoubleStream对应三种基本类型（int, long, double），Stream对应所有剩余类型的stream视图。为不同数据类型设置不同stream接口，可以提高性能，增加特定接口函数。四个Stream接口都是继承自BaseStream接口，是并列平行的关系。

Q：考虑到四个子接口中的方法名大部分是一样的，为什么不把IntStream等设计成Stream的子接口？
A：这些方法的名字虽然相同，但是返回类型不同，如果设计成父子接口关系，这些方法将不能共存，因为Java不允许只有返回类型不同的方法重载。

stream v.s collections

大部分情况下stream是容器调用Collection.stream()方法得到的；但两者有以下不同：

1. 无存储。stream不是一种数据结构，它只是某种数据源的一个视图，数据源可以是一个数组，Java容器或I/O channel等。
2. 为函数式编程而生。对stream的任何修改都不会修改背后的数据源，比如对stream执行过滤操作并不会删除被过滤的元素，而是会产生一个不包含被过滤元素的新stream。
3. 惰式执行。stream上的操作并不会立即执行，只有等到用户真正需要结果的时候才会执行。
4. 可消费性。stream只能被“消费”一次，一旦遍历过就会失效，就像容器的迭代器那样，想要再次遍历必须重新生成。

对stream的操作分为为两类，中间操作(intermediate operations)和结束操作(terminal operations)，二者特点是：

1. 中间操作总是会惰式执行，调用中间操作只会生成一个标记了该操作的新stream，仅此而已。
2. 结束操作会触发实际计算，计算发生时会把所有中间操作积攒的操作以pipeline的方式执行，这样可以减少迭代次数。计算完成之后stream就会失效。

Stream接口的部分常见方法

中间操作(Intermediate operations)：指的是仍然返回 Stream 类型的操作，如 filter, map, limit, sorted 等。中间操作构成是一个管道操作，中间操作不产生任何结果。
终止操作(Terminal operations)：指的就是返回非 Stream 类型的操作，包括返回值为 void 的操作，如 findFirst, forEach, count, collect 等。

Stream 的中间操作在未遇到终止操作前是不会处理，它们是懒操作的。中间与终止操作类似于构造者模式，中间操作只是准备部件，在执行终止操作的时候才按需执行前面的中间操作，未执行 build() 方法前什么也不是。
filter是中间操作，findFirst 是终止操作，filter 看到 findFirst 后才开始执行，所以 filter 知道只需要返回一个元素就够，所以找到一个元素也是立即返回，不再对后面的 2, 5, 6, 3 进行对比。

这种立即返回的操作也叫做短路操作，和用 && 和 || 进行 boolean 操作类似。Stream 的短路操作包括：allMatch，noneMatch，findFirst，findAny和limit。

方法使用

stream跟函数接口关系非常紧密，没有函数接口stream就无法工作。函数接口是指内部只有一个抽象方法的接口。通常函数接口出现的地方都可以使用Lambda表达式。

reduction operation，fold operation，折叠操作，是通过某个连接动作将所有元素汇总成一个汇总结果的过程。元素求和、求最大值或最小值、求出元素总个数、将所有元素转换成一个列表或集合，都属于规约操作。Stream类库有两个通用的规约操作reduce()和collect()，以及专用规约操作，比如sum()、max()、min()、count()等。

forEach()

ForEach接受一个function接口类型的变量，用来执行对每一个元素的操作。方法签名为​​void forEach(Consumer<? super E> action)​​，作用是对容器中的每个元素执行action指定的动作，也就是对元素进行遍历/迭代。由于forEach()是结束方法/中止操作，上述代码会立即执行，输出所有字符串。

distinct()

函数原型为​​Stream<T> distinct()​​，作用是返回一个去除重复元素之后的Stream。

filter()

中间操作，接受一个predicate接口类型的变量，并将所有流对象中的元素进行过滤。函数原型为​​Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate)​​​，作用是返回一个只包含满足predicate条件元素的Stream。
中间操作，只调用filter()不会有实际计算，因此也不会输出任何信息。

sorted()

中间操作，返回一个排过序的流对象的视图。排序函数有两个，自然顺序排序、自定义比较器排序，函数原型分别为​​Stream<T>　sorted()​​​和​​Stream<T>　sorted(Comparator<? super T> comparator)​​。sorted只是创建一个流对象排序的视图，而不会改变原来集合中元素的顺序。

map()

map是一个对于流对象的中间操作，函数原型为​​<R> Stream<R> map(Function<? super T,? extends R> mapper)​​，作用是返回一个对当前所有元素执行执行mapping之后的结果组成的Stream，对每个元素按照某种操作进行转换，转换前后Stream中元素的个数不会改变，但元素的类型取决于转换之后的类型。map()方法可以无限级联。对于带泛型结果的流对象，具体的类型还要由传递给map的泛型方法来决定。

match()

match匹配操作有多种不同的类型，都是用来判断某一种规则是否与流对象相互吻合的。所有的匹配操作都是终结操作，只返回一个boolean类型的结果。包括​​anyMatch(), allMatch(), noneMatch()​​。

flatMap()

函数原型为​​<R> Stream<R> flatMap(Function<? super T,? extends Stream<? extends R>> mapper)​​​，作用是对每个元素执行mapper指定的操作，并用所有mapper返回的Stream中的元素组成一个新的Stream作为最终返回结果。​​flatMap()​​相当于把原stream中的所有元素都摊平之后组成的Stream，转换前后元素的个数和类型都可能会改变。

Stream<List<Integer>> stream = Stream.of(Arrays.asList(1, 2), Arrays.asList(3, 4, 5));
stream.flatMap(Collection::stream).forEach(System.out::println);

原来的stream中有两个元素，分别是两个​​List<Integer>​​​，执行​​flatMap()​​之后，将每个List都摊平成一个个的数字，所以会新产生一个由5个数字组成的Stream。

@Data
public class Product {
  private List<Integer> productIdList;
}
// productList = List<Product>, 求所有的 productId
productList.stream().map(Product::getProductIdList).flatMap(List::stream).distinct().collect(Collectors.toList());

reduce()

reduce操作可以实现从一组元素中生成一个值，​​sum(), max(), min(), count()​​​等都是reduce操作，​​reduce()​​方法定义有三种重写形式：

Optional<T> reduce(BinaryOperator<T> accumulator);
T reduce(T identity, BinaryOperator<T> accumulator);
<U> U reduce(U identity, BiFunction<U,? super T,U> accumulator, BinaryOperator<U> combiner);

多的参数只是为了指明初始值（参数identity），或者是指定并行执行时多个部分结果的合并方式（参数combiner）。
举例：求出一组单词的长度之和，操作对象输入类型是String，而结果类型是Integer。

// 求单词长度之和
Stream<String> stream = Stream.of("learning", "java", "8", "stream");
// 初始值
Integer lengthSum = stream.reduce(0,
        // 累加器
        (sum, str) -> sum + str.length(),
        // 部分和拼接器，并行执行时才会用到
        (a, b) -> a + b);
System.out.println(lengthSum);
// 求和方法二，此处注意不要使用上面经过reduce操作过的stream流，否则抛错java.lang.IllegalStateException: stream has already been operated upon or closed
Stream<String> stream2 = Stream.of("learning", "java", "8", "stream");
Integer lengthSum2 = stream2.mapToInt(String::length).sum();
System.out.println(lengthSum2);

总结
reduce()用于生成一个值，collect()用于从Stream生成一个集合或者Map等复杂的对象。

collect()

collect()是Stream接口方法中最灵活的一个，如果你发现某个功能在Stream接口中没找到，十有八九可以通过collect()方法实现。

// 将Stream转换成容器或Map
Stream<String> stream1 = Stream.of("I", "love", "you", "too");
List<String> list = stream.collect(Collectors.toList());
Set<String> set = stream.collect(Collectors.toSet());
Map<String, Integer> map = stream.collect(Collectors.toMap(Function.identity(), String::length));

问题

Java9

在 Java 9 中Stream 接口中添加 4 个新的方法：dropWhile, takeWhile, ofNullable, iterate重载方法，可以让你提供一个 Predicate (判断条件)来指定什么时候结束迭代。
向控制台打印 1 到 99：
​​​IntStream.iterate(1, i -> i < 100, i -> i + 1).forEach(System.out::println);​​ 第二个参数是一个 Lambda，它会在当前 IntStream 中的元素到达 100 的时候返回 true。

option

很多语言为了处理 null 检查添加特殊的语法，即空合并运算符。在像 Groovy 或 Kotlin 这样的语言中也被称为 Elvis 运算符。
Java 8引入Optional 模板类，可以用它来封装可能为空的引用，应付NPE问题；从本质上来说，该类属于包含可选值的封装类（wrapper class），因此它既可以包含对象也可以仅仅为空。Optional 的方法中基本都是内部调用 isPresent() 判断，真时处理值，假时什么也不做。

Java 9中Optional 类增加三种方法：or()、ifPresentOrElse()、stream()。

问题引出

在 Java 8 之前，凡涉及到访问对象方法或者对象属性的操作，都可能产生NPE：
​​​String isocode = user.getAddress().getCountry().getIsocode().toUpperCase();​​ 为了预防NPE需要这么写：

if (user != null) {
    Address address = user.getAddress();
    if (address != null) {
        Country country = address.getCountry();
        if (country != null) {
            String isocode = country.getIsocode();
            if (isocode != null) {
                isocode = isocode.toUpperCase();
            }
        }
    }
}

拓展，针对NPE问题：

• Groovy 提供一种安全的属性或方法访问操作符​​?.​​​：​​user?.getUsername()?.toUpperCase();​​
• Swift 也有类似的语法，只作用在 Optional 的类型上
• typescript提供​​?​​​符：​​const rows = dataJson?.config?.keys?.map((r: any) => ({...r, columnName: r.col})) ?? [];​​

参考​​TypeScript ?: and !:​​​、​​TypeScript ? and ??​​

入门

empty创建一个空的option实例：

@Test(expected = NoSuchElementException.class)
public void whenCreateEmptyOptional_thenNull() {
    Optional<User> emptyOpt = Optional.empty();
    emptyOpt.get();
}

用 of() 和 ofNullable()，来创建包含一个值的Optional 对象。
两种方法的区别在于：如果你将 null 值作为参数传入 of() 方法，那么该方法会抛出一个 空指针异常。

@Test(expected = NullPointerException.class)public void whenCreateOfEmptyOptional_thenNullPointerException() {
    Optional<User> opt = Optional.of(user);
}

NPE问题并没有得到彻底解决。因此，只有当对象不为 null 时， of()的方法才可行。如果对象既可能为 null ，也可能为非 null ，就必须选择 ofNullable()。
​​​Optional<User> opt = Optional.ofNullable(user);​​

构造方法

Optional 的三种构造方式：

Optional.of(obj);
Optional.ofNullable(obj);
Optional.empty(); // 明确的

• ​​Optional.of(obj)​​：要求传入的 obj 不能是 null 值的，否则还没开始进入角色就倒在NPE异常上。
• ​​Optional.ofNullable(obj)​​​：以一种智能的，宽容的方式来构造一个 Optional 实例。传 null 进到就得到​​Optional.empty()​​​，非 null 就调用 ​​Optional.of(obj)​​
• ​​Optional.empty()​​：

访问 Optional 对象的值

使用Optional.get()方法; 在值为 null 时依旧会抛出异常。为避免出现异常，需要先检验其中是否存在值。
isPresent() & ifPresent(), 第二个方法带有一个 Consumer 参数，在对象不为空时执行 λ 表达式：

返回默认值

用于返回对象值或在对象为空时返回默认值。
orElse
orElseGet, 如果不存在，则其执行 Supplier 函数接口（作为其收到的一个参数），并返回执行结果；
区别

1. 当对象为空时，二者在表现上并无差别，都是代之以返回默认值。
2. 当对象为空时，orElse()方法仍然会创建默认的 User 对象。orElseGet()方法将不再创建 User 对象。

返回异常

ElseThrow()：在对象为空时，直接抛出一个异常（可以自定义异常），而不是返回一个替代值。

对值进行转换

map()：Map() 将 Function 参数作为值，然后返回 Optional 中经过封装的结果。
flatMap()：也是将 Function 参数作为 Optional 值，但它后面是直接返回结果。

对值进行过滤

filter()：将predicate 作为参数，当测试评估为真时，返回实际值。否则，当测试为假时，返回值则为空 Optional。

对 Optional 类的方法进行链接

String result = Optional.ofNullable(user)
  .flatMap(User::getAddress)
  .flatMap(Address::getCountry)
  .map(Country::getIsocode)
  .map(String::toUpperCase)
  .orElse("default");

代码比先前冗长的条件驱动（conditional-driven）版本要简洁许多。

拓展：
针对上面这种嵌套null检查问题，另一种解决方法就是利用一个 supplier 函数来解决嵌套路径的问题：

User user = new User();
resolve(() -> user.getAddress().getCountry().getIsocode());
    .ifPresent(System.out::println);

调用​​user.getAddress().getCountry().getIsocode()​​​可能会抛出一个 NPE异常。在这种情况下，该异常将会被捕获，而该方法会返回 ​​Optional.empty()​​。

public static <T> Optional<T> resolve(Supplier<T> resolver) {
    try {
        T result = resolver.get();
        return Optional.ofNullable(result);
    }
    catch (NullPointerException e) {
        return Optional.empty();
    }
}

和stream一样，和option类似的API：OptionalDouble、OptionalInt、OptionalLong 都是 final 类，Option支持泛型，这三个不支持，其他方法大多类似；

Java 9 新增特性

or()：同 orElse() 和 orElseGet() 类似，都是在对象为空时提供替换功能
ifPresentOrElse() 带有两个参数：Consumer 和 Runnable。如果对象包含一个值，则会执行 Consumer 动作；否则，会执行 Runnable 动作。
stream()：将Optional实例转换为一个 Stream 对象。如果 Optional 不存在值，则 Stream 为空，如果 Optional 包含一个非 null 值，则 Stream 会包含单个值。

使用注意事项

1. Optional 并不能序列化；如果您需要序列化一个包含 Optional 值的对象，​​Jackson​​​可支持将Optionals当作普通对象来对待。Jackson 会将空对象作为 null，它还会将有值对象当作一个包含该值的字段。这个功能可在​​jackson-modules-java8​​项目中找到。
2. 将该类型作为方法或者构造函数的参数。这将导致不必要的代码复杂化。
   相反，使用方法重载（method overloading）来处理非强制性参数要方便得多。
   Optional的主要用途是作为一种返回类型。在获得该类型的一个实例后，如果存在值，您可以提取该值，如果不存在值，则您可以获得一个替换值。
   Optional类同 stream 或者其他方法的组合使用，这些方法会返回一个可构建流畅 API 的Optional 值。

isPresent() 与 obj != null 无任何分别，而没有 isPresent() 作铺垫的 get() 调用在 IDEA 中会收到告警：

Reports calls to java.util.Optional.get() without first checking with a isPresent() call if a value is available. If the Optional does not contain a value，get() will throw an exception. (调用 Optional.get() 前不事先用 isPresent() 检查值是否可用. 假如 Optional 不包含一个值，get() 将会抛出一个异常)

把 Optional 类型用作属性或是方法参数在 IDEA 中更是强力不推荐的：

Reports any uses of java.util.Optional，java.util.OptionalDouble，java.util.OptionalInt，java.util.OptionalLong or com.google.common.base.Optional as the type for a field or a parameter. Optional was designed to provide a limited mechanism for library method return types where there needed to be a clear way to represent “no result”. Using a field with type java.util.Optional is also problematic if the class needs to be Serializable，which java.util.Optional is not. (使用任何像 Optional 的类型作为字段或方法参数都是不可取的. Optional 只设计为类库方法的，可明确表示可能无值情况下的返回类型. Optional 类型不可被序列化，用作字段类型会出问题的)

其他

IO流

方法有很多；包括可以使用Apache commons 类库FileUtils。Java8引入walk()方法，它遍历目录后会创建出一个惰性流（文件系统很大的情况下非常有用）。

日期API

Date类增加一个新的方法toInstant()：

public Instant toInstant() {
    return Instant.ofEpochMilli(getTime());
}

CompletableFuture

Java 8引进CompletableFuture，继承自​​Future<T>​​。当不希望或者不需要一个直接计算结果时，会收到一个Future对象来保存计算完成时分配的实际结果。通过调用complete()方法并且无需异步等待即可显式完成。它还允许在一系列操作中构建管道数据流程。这样，任何类型的可用值都可以在Future中使用默认返回值，即使计算没有完成。这也将成为CompletableFuture提案更新的一部分，包括延迟和超时、更好地支持子类化和一些实用方法。

参考

​​了解、接受和利用Java中的Optional （类）​​

​Java Stream API 进阶篇