Java 8 指南
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2014年3月16日
“Java is still not dead—and people are starting to figure that out.”
欢迎阅读我对 Java 8 的介绍。本指南将一步步地通过所有的新的语言特性来引导你认识Java 8。在简短的示例代码的帮助下,你将会学习到如何使用默认的接口方法、lambda表达式、方法引用以及可重复的注解。在文章的最后,你将会熟悉最新的API变化,例如:streams、函数式接口、map 扩展以及新的 Date API。
没有过多的文本 — 仅仅是一些具有注释的代码片段。一起享受吧!
接口的默认方法
Java 8 使我们能够使用default 关键字给接口增加非抽象的方法实现。这个特性也被叫做 扩展方法(Extension Methods)。如下例所示:
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interface Formula { double calculate( int a); default double sqrt( int a) { return Math.sqrt(a); } } |
除了抽象方法calculate ,接口 Formula 同样定义了默认的方法 sqrt。具体类只需要实现抽象方法calculate。默认的方法sqrt可以在其未实现时“开箱即用”。
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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 被创建的像一个匿名对象。代码看起来很啰嗦:对一个简单的sqrt(a * 100)计算需6行。正如我们在下一节将要看到的,对只有单方法的类的实现,在 Java 8中有个更佳的方式。
Lambda表达式
我们先来讲一个简单的例子:在 Java 之前的版本中是如何排序一个字符串list的:
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List names = Arrays.asList( "peter" , "anna" , "mike" , "xenia" ); Collections.sort(names, new Comparator() { @Override public int compare(String a, String b) { return b.compareTo(a); } }); |
静态方法Collections.sort 接受一个list和比较方法来对给定的list元素排序。你总是会发现你需要创建匿名的比较方法并且传递给排序方法。
不同于整天创建匿名对象,Java 8有一个简短的多的语法:lambda表达式:
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Collections.sort(names, (String a, String b) -> { return b.compareTo(a); }); |
正如你所见,代码更短也更易于阅读,而且它还可以更短:
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Collections.sort(names, (String a, String b) -> b.compareTo(a)); |
对于一行的方法体,你可以省略{} 和return 关键字,而且它还可以更短:
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Collections.sort(names, (a, b) -> b.compareTo(a)); |
Java 编译器知道参数类型,所以你也可以省略它们。下面让我们一同深入探究下lambda表达式是如何被更广泛地使用的。
函数式接口
lambda表达式是如何符合 Java 类型系统的?每个lambda对应于一个给定的类型,用一个接口来说明。而这个被称为函数式接口(functional interface)的接口必须仅仅包含一个抽象方法声明。每个那个类型的lambda表达式都将会被匹配到这个抽象方法上。因此默认的方法并不是抽象的,你可以给你的函数式接口自由地增加默认的方法。
我们可以使用任意的接口作为lambda表达式,只要这个接口只包含一个抽象方法。为了保证你的接口满足需求,你需要增加@FunctionalInterface 注解。编译器知道这个注解,一旦你试图给这个接口增加第二个抽象方法声明时,它将抛出一个编译器错误。例如:
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@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 |
请记住如果@FunctionalInterface 这个注解被遗漏,此代码依然有效。
方法和构造器引用
通过使用静态方法引用,如上的示例代码可以被进一步的简化:
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Converter<String, Integer> converter = Integer::valueOf; Integer converted = converter.convert( "123" ); System.out.println(converted); // 123 |
Java 8使你能够通过::关键字传递对方法或者构造器的引用。如上例子告诉我们如何引用一个静态的方法。但是我们也可以引用对象的方法:
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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" |
我们一起来看看::关键字是如何为构造器工作的。首先,我们定义一个具有多个不同构造器的示例bean:
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class Person { String firstName; String lastName; Person() {} Person(String firstName, String lastName) { this .firstName = firstName; this .lastName = lastName; } } |
其次,我们指定一个Person的工厂接口,它用来创建新的Person:
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interface PersonFactory</pre> { P create(String firstName, String lastName); } |
为避免手工实现这个工厂,我们通过构造器引用将所有事情连接起来:
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PersonFactory personFactory = Person:: new ; Person person = personFactory.create( "Peter" , "Parker" ); |
我们通过Person::new创建了一个对 Person 构造器的引用。Java编译器通过匹配PersonFactory.create标记自动选择合适的构造器。
Lambda作用域
通过lambda表达式访问作用域变量非常类似于匿名对象。你可以通过局部作用域以及实例域和静态变量来访问final变量。
访问局部变量
我们可以通过lambda表达式的作用域读到final类型的局部变量:
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final int num = 1 ; Converter<Integer, String> stringConverter = (from) -> String.valueOf(from + num); stringConverter.convert( 2 ); |
然而不同于匿名对象,变量num 并不需要必须被声明为 final,如下代码同样有效:
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int num = 1 ; Converter<Integer, String> stringConverter = (from) -> String.valueOf(from + num); stringConverter.convert( 2 ); |
然而,为了代码可以编译, num 必须隐含为final类型,如下代码不会编译通过:
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int num = 1 ; Converter<Integer, String> stringConverter = (from) -> String.valueOf(from + num); num = 3 ; |
在lambda表达式里对 num 赋值也同样是被禁止的。
访问实例域和静态变量
区别于局部变量,我们在lambda表达式里对实例域和静态变量具有读写权限。这种行为在匿名对象中是众所周知的。
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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); }; } } |
访问默认的接口方法
还记得第一节的formula 例子吗?接口Formula 定义了一个默认的方法sqrt ,它可以被每个formula 实例(包含匿名对象)来访问。lambda表达式对此并不奏效。
默认的方法不能在lambda表达式内部被访问到,如下代码不能通过编译:
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Formula formula = (a) -> sqrt( a * 100 ); |
内置功能接口
JDK 1.8 API 包含很多内置的功能接口。其中一些在旧的 Java 版本中就众所周知了,例如Comparator 以及 Runnable。通过@FunctionalInterface标记,这些现有的接口已被扩展为lambda所能支持的。
然而 Java 8 API 同样拥有众多新的功能接口来使你的生活更加简单。这些新接口中的一些从Google Guava 库中已经广为人知。即使你对此库很熟悉,你也应该仔细看看那些接口是如何通过一些有用的方法所扩展的。
谓词
谓词是单参数的布尔值函数。该接口包含多个默认的方法使谓词转换成复杂的逻辑表达式(与,或,非)
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Predicate predicate = (s) -> s.length() > 0 ; predicate.test( "foo" ); // true predicate.negate().test( "foo" ); // false Predicate nonNull = Objects::nonNull; Predicate isNull = Objects::isNull; Predicate isEmpty = String::isEmpty; Predicate isNotEmpty = isEmpty.negate(); |
函数
函数接受单一参数,产出结果。默认的方法可被用来将多个函数链接起来(compose,andThen)。
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Function<String, Integer> toInteger = Integer::valueOf; Function<String, String> backToString = toInteger.andThen(String::valueOf); backToString.apply( "123" ); // "123" |
生产者
生产者产生一个给定的泛型类型的结果。区别于函数,生产者不接受参数。
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Supplier personSupplier = Person:: new ; personSupplier.get(); // new Person |
消费者
消费者代表了将要对一个单一输入参数采取的运算。
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Consumer greeter = (p) -> System.out.println( "Hello, " + p.firstName); greeter.accept( new Person( "Luke" , "Skywalker" )); |
比较器
比较器在较老的 Java版本中众所周知。Java 8给这个接口增加了多个默认的方法。
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Comparator 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
Optionals 并不是函数式接口,而是一个避免空指针异常NullPointerException的俏皮工具。这是一个下一节用到的重要的概念,所以让我们快速地看一下它是如何工作的。
Optional 是对空或者非空的一个值的简单的容器。想象一下,一个应该返回非空值结果的方法却有时候什么也没返回。在Java 8 中,你将返回一个Optional 而不是null。
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Optional optional = Optional.of( "bam" ); optional.isPresent(); // true optional.get(); // "bam" optional.orElse( "fallback" ); // "bam" optional.ifPresent((s) -> System.out.println(s.charAt( 0 ))); <i> // "b"</i> |
Streams
java.util.Stream 代表元素的一个序列,一个或者多个运算可以在这个序列上运行。Stream运算可以是中间的(intermediate),也可是末端的(terminal)。末端运算返回具有特定类型的结果,中间运算返回 stream 自身,所以聂艺将多个方法调用串联在一行。Streams是在一个源上创建的,例如,一个java.util.Collection 类似的lists或者ses(不支持maps)。Sream运算可以被顺序执行或者并行执行。
让我们一起看看顺序streams是如何工作的。首先,我们创建一个字符串类型的list作为示例源:
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List 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" ); |
在Java 8 中Collections 被扩展了,因而你可以简单地通过调用Collection.stream() 或者 Collection.parallelStream()创建 streams 。如下节将解释最普遍的流运算。
Filter
Filter 接受一个谓词来过滤出流中所有的元素。此运算是一个中间运算,它可以使我们在结果上调用其它的stream运算(forEach)。forEach 接受一个可以对每个流过滤出的元素进行操作的消费者。forEach 是一个末端运算,换句话说,我们不能再调用其他的流运算
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stringCollection .stream() .filter((s) -> s.startsWith( "a" )) .forEach(System.out::println); // "aaa2", "aaa1" |
Sorted
Sorted 是一个返回流的排序视图的中间运算。除非你传递一个定制的Comparator ,元素将被以自然顺序进行排序。
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stringCollection .stream() .sorted() .filter((s) -> s.startsWith( "a" )) .forEach(System.out::println); // "aaa1", "aaa2" |
请记住,sorted 真的仅仅对此stream创建一个排序的视图,它并不操纵背后的聚集(collection)。stringCollection 的顺序并未改变:
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System<b>.</b>out<b>.</b>println<b>(</b>stringCollection); // ddd2, aaa2, bbb1, aaa1, bbb3, ccc, bb<i>b2, ddd1</i> |
Map
中间运算 map 将每个元素通过给定的函数转变为其它对象。如下示例讲每个string转换为一个大写字母的string。但是你也可以使用map 将每个对象转换为其它了下。转换结果的类型依赖于你传递给map 的类型。
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stringCollection .stream() .map(String::toUpperCase) .sorted((a, b) -> b.compareTo(a)) .forEach(System.out::println); // "DDD2", "DDD1", "CCC", "BBB3", "BBB2", "A<i>AA2", "AAA1"</i> |
匹配
多个匹配运算可以被用来检验是否一个特定的谓词与某stream匹配。所有的这些运算都为末端运算,并且返回一个布尔值结果。
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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 |
计数
计数是一个末端运算,以long类型返回在stream中的元素的数目。
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long startsWithB = stringCollection .stream() .filter((s) -> s.startsWith( "b" )) .count(); System.out.println(startsWithB); // 3 |
Reduce
这个末端运算使用给定的函数对stream的元素进行一个减缩运算。结果是一个保存有减缩值的Optional 。
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Optional<b><</b>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
正如上述提到的,streams可以是顺序或者并行的。在顺序streams上的操作是在一个单线程中完成的,然而在并行streams上的操作时在多个线程上并发完成的。
如下例子证明了通过使用并发流是如何简单地提高运算性能的。
首先,我们创建一个无重复元素的大的list:
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int max <b>=</b> 1000000 ; List values = new ArrayList<>(max); for ( int i = 0 ; i < max; i++) { UUID uuid = UUID.randomUUID(); values.add(uuid.toString()); } |
现在我们对需要多少时间来完成对其排序进行统计。
顺序排序
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long t0 <b>=</b> System<b>.</b>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 |
并行排序
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long t0 <b>=</b> System<b>.</b>nanoTime<b>();</b> 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 |
正如你所看到的,两个代码片段几乎相同,但是并行排序快了将近50%。而所有你所需要做的仅仅是将stream() 改为 parallelStream()。
Map
正如已经提到的,maps并不支持streams。然而,maps现在支持多种新的有用的方法来完成普通的任务。
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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)); |
如上的代码应该是意义很明确的:putIfAbsent避免了我们写多余的null检查;forEach 接受一个消费者去对每个map的值做运算。
这个例子显示了如何利用函数在map上进行操作。
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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,我们学习如何对给定的key删除entry(只有它对应到了一个给定的值时生效):
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map.remove( 3 , "val3" ); map.get( 3 ); // val33 map.remove( 3 , "val33" ); map.get( 3 ); // null |
另一个有用的方法:
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map.getOrDefault( 42 , "not found" ); |
合并map的记录很方便:
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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 |
如果没有相应记录,合并会将key/value 对放入map,否则合并函数将会被调用来改变现有的值。
Date API
Java 8在包java.time包含一个全新的日期和时间的API。这个新的Date API堪比Joda-Time库,然而,它们并不完全相同。如下的例子将会覆盖这个新API的大多数重要的部分。
Clock
Clock 提供对现在时间和日期的访问。Clocks 能感知时区,可能被用来替代System.currentTimeMillis() 来获取现在毫秒数。这样一个在时间线上即时的点也被类Instant所表示。Instant可以被用来创建java.util.Date 对象。
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Clock clock = Clock.systemDefaultZone(); long millis = clock.millis(); Instant instant = clock.instant(); Date legacyDate = Date.from(instant); // legacy java.util.Date |
Timezones
Timezones由一个ZoneId代表。他们可以被静态工厂方法很容易地访问。 Timezones 定义偏移量,这对于instants 和本地日期、时间之间的转换非常重要。
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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
LocalTime 代表一个不带时区的时间,例如:10pm 或者 17:30:15。如下示例为如上定义的时区创建两个本地时间 。那么,我们就可以比较两个时间,并且计算出两个时间间的时间差(小时或者分钟为单位)。
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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 |
伴随着LocalTime ,这里存在多种工厂方法来简化新实例的创建,也包含对时间字符串的解析。
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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
LocalDate 代表一个明确的日期,例如2014-03-11。它是不可变的,并且非常类似LocalTime。 这个示例将证明如何通过增加或者减少日期、月份、年来计算出一个新的日期。记住每次操作将返回一个新的实例。
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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 |
从字符串中解析LocalDate就像解析 LocalTime一样简单:
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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 代表日期-时间。它将如上所示的日期和时间合并为一个实例。LocalDateTime 是不可变的,它类似LocalTime和 LocalDate。我们可以使用方法获取日期-时间中特定的域:
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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 |
知道额外的时区信息,它就可以转换为一个instant,instant可以很容易地转换为java.util.Date 类型的日期。
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Instant instant = sylvester .atZone(ZoneId.systemDefault()) .toInstant(); Date legacyDate = Date.from(instant); System.out.println(legacyDate); // Wed Dec 31 23:59:59 CET 2014 |
形式化日期-时间的工作就像形式化日期或者时间一样。我们可以从客户化的模式来创建格式(formatter),而不是使用预先定义的格式。
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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 |
区别于 java.text.NumberFormat ,新的DateTimeFormatter 时而不可变的且是线程安全的。
模式语法的细节可以点击这里。
Annotations/
在Java8 中Annotations是可重复的。让我们通过一个具体的例子来理解它。
首先,我们定义一个包装器注解,它拥有一组真正的注解:
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@interface Hints { Hint[] value(); } @Repeatable (Hints. class ) @interface Hint { String value(); } |
Java 8 中,通过声明注解@Repeatable使我能够使用多个具有相同类型的注解。
变体 1: 使用容器注解(守旧派)
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@Hints ({ @Hint ( "hint1" ), @Hint ( "hint2" )}) class Person {} |
变体 2: 使用可重复的注解(新派)
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@Hint ( "hint1" ) @Hint ( "hint2" ) class Person {} |
使用变体2,Java编译器可以隐式地设置 @Hints注解。这对于通过反射来阅读注解信息是很重要的。
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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); |
尽管我们从不在Person类上声明@Hints 注解,它依然通过getAnnotation(Hints.class)可读。然而,更多便捷的方法是 getAnnotationsByType,它将具有对所有带注释的@Hint 注解直接访问的能力。
此外,在Java8中对注解的使用被扩大到两个新的targets:
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@Target ({ElementType.TYPE_PARAMETER, ElementType.TYPE_USE}) @interface MyAnnotation {} |
就是这样
我对Java 8 编程的指南就到这里。肯定还有更多的东西值得探究。由你决定去探索在Java 8 编程中所有其它伟大的改进,例如,Arrays.parallelSort、StampedLock以及 CompletableFuture 等等。
我希望这个文章对你有用,而且你喜欢阅读。