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《jdk8 in action》笔记

2018年03月13日

简介

why java8 change?

  1. Changing computing background: multicore and processing large datasets (big data)。 Java was previously lacking, to exploit multicore parallelism in an easy way.
  2. Pressure to evolve: new architectures favor functional style over imperative
  3. Introducing core new features of Java 8: lambdas, streams, default methods

简单说,为应对多核、大数据的需求, 函数式编程的普及,java8 推出了自己的应对方案:lambdas, streams, default methods。

摸清楚这三个东西的来龙去脉,基本对java8 就 纲举目张。

Stream

From a slightly revisionist viewpoint, the addition of Streams in Java 8 can be seen as a direct cause of the two other additions to Java 8: concise techniques to pass code to methods (method references, lambdas) and default methods in interfaces.

一个不准确的说法,java8 为了支持 Stream,加入了method references, lambdas和default methods

Collection 只负责数据存取,Stream 负责数据处理(在之前的java 版本中,Collections 提供了部分数据处理功能)

stream 有几个要点:

声明式处理

supports many parallel operations to process data and resembles the way you might think in database query languages—you express what you want in a higher-level manner, and the implementation (here the Streams library) chooses the best low-level execution mechanism.

Collections is mostly about storing and accessing data, whereas Streams is mostly about describing computations on data.

也就是说,stream 像一个sql 解释和执行的引擎。sql 引擎用来处理数据库记录,而stream 用来处理 sequenced data

a higher level of abstraction, structuring your thoughts of turning a stream of this into a stream of that (similarly to how you think when writing database queries) rather than one item at a time。 将自己的思路放在如何处理一个流,而不是每次一个 item。

应对大数据的需求,再来看spark 的dataset 概念,就有点一脉相承的意思了。进而 如何提高处理能力?多线程。operations such as filter (or sorted, map, and collect) are available as high-level building blocks that don’t depend on a specific threading model。这一点其实对于netty 感触挺深的,netty也是提供自己的抽象,隐藏掉 线程模型。

流式处理

Java如何支持函数式编程?假设我们要计算这样一个表达式:(3-1)*2+5。如果按照普通的函数调用的方式写出来 就是add(multiply(subtract(3,1),2),5);不过,这样编写代码看起来会比较难理解,我们换个更易读的写法subtract(3,1).multiply(2).add(5);,在Java中,“.”表示调用某个对象的方法。为了支持上面这种级联调用方式,我们让每个函数都返回一个通用的Stream类对象。在Stream类上的操作有两种:中间操作和终止操作。中间操作返回的仍然是Stream类对象,而终止操作返回的是确定的值结果。

类似于linux的管道 cat file1 file2 | tr "[A-Z]" "[a-z]" | sort | tail -3

  1. sort takes a stream of lines[3] as input and produces another stream of lines as output
  2. sort can be processing the first few lines before cat or tr has finished. cat 还没处理完,sort 就已经开始工作了,这个还是第一次知道
  3. 被透明的放在多个cpu上并行执行

就像汽车流水线 car-manufacturing assembly line 一样

在Stream中,tr和sort 可能在一个循环中执行,在pipeline 结束之前,tr 等操作并没有真正开始执行,有点builder pattern的味道,这也是为什么要 支持pass code(下节会讲),否则就是 build 模式 传递一堆策略对象了。

tips

  1. for-each 之类是iterator的语法糖,stream(internal iteration)用来替代iterator(external iteration)
  2. bounded/unbounded
  3. intermediate operations/terminal operations(一部分),都可以并发执行

lambda

Lambda表达式包括三部分:输入、函数体、输出。表示出来的话就是下面这个样子:

(a, b) -> { 语句1语句2...; return 输出; } //a,b是输入参数

实际上,Lambda表达式的写法非常灵活。上面给出的是标准写法,还有很多简化写法。比如,如果输入参数只有一个,可以省略 (),直接写成 a->{…};如果没有入参,可以直接将输入和箭头都省略掉,只保留函数体;如果函数体只有一个语句,那可以将{}省略掉;如果函数没有返回值,return语句就可以不用写了。

  1. 在java8 中,method 被提升为“第一公民”,也就有了method refrence。 那么进一步,java8 让function 也作为“第一公民”。而lambda,就是一个 Lambdas—anonymous functions。在此之前,要达到这种效果,只能将method wrap 成一个 其它第一公民(比如interface)来传递。
  2. A lambda expression can be understood as a kind of anonymous function: it doesn’t have a name, but it has a list of parameters, a body, a return type, and also possibly a list of exceptions that can be thrown.
  3. method 作为第一个公民,可以作为值(Class:Function)来回传递,但毕竟还是要method 先存在(也就是method definition)。如果method body 不长或只要一次的话,function code 可以直接作为值,也省得debug 时跳来跳去了。
  4. 但反过来说,method reference 又是 function 的简化,即Apple:getWeight(Apple a) -> a.getWeight() 的简化。method reference 传递时,可以不需要参数,因为传递时并没有真的执行方法。
  5. method 会操作 mutable shared objects,多线程运行method 会有线程安全问题。而对于 function 来说,no interaction during execution between components.
  6. lambda 可以减少 方法和类的个数。因为java8 之前经常有一种场景,为了一个简单的功能,搁哪都不自在,专门写了一个静态工具类和静态函数。而对于只有一个函数的接口(functional interface),它的所有实现类 可以用lambda表示,作为一个类的成员存在。
  7. If a lambda has a statement expression as its body, it’s compatible with a function descriptor that returns void. 所以 Predicate<String> p = s -> list.add(s); 是合法的

behavior parameterization pattern

  1. 从重构和clean code的角度看,不允许代码重复。粗粒度的重复好解决,但细粒度的重复则比较纠结。比如就是一个for循环,对每个元素做的事儿略微不同,此时抽取一个接口并没有少写代码,提出新的接口也影响理解。
  2. pass code to method: 两个方法只有一小部分不一样,传统方式:公共部分抽取,不一样的部分保留。新的方式,不一样的部分作为一个behavior parameter 传入到方法中。这个behavior parameter 跟函数式编程中的函数的概念 是很像的。
  3. behavior parameterization pattern(对应的一个词 value parameterization),it makes your code more adaptive to requirement changes

function interface C语言支持函数指针,它可以把函数直接当变量来使用。但是,Java没有函数指针这样的语法。所以它通过函数接口,将函数包裹在接口中,当作变量来使用。函数式接口有什么用呢?一句话,函数式接口带给我们最大的好处就是:可以使用极简的lambda表达式实例化接口。

  1. You can use a lambda expression in the context of a functional interface(@FunctionalInterface)(only one abstract method,even though if it has many default methods).
  2. treat the lambda expression as an instance of a functional interface. 将 lambda 作为 functional interface的实例,因此呢,lambda 除了可以使用,还可以作为返回值。
  3. Java 8 have helped you by introducing several new functional interfaces inside the java.util.function package

当在说“第一公民”的时候,在说什么? 类型系统、类型推断等等

Some languages such as Scala provide explicit type annotations in their type system to describe the type of a function (called function types). Java reuses existing nominal types provided by functional interfaces and maps them into a form of function types behind the scenes. java 没有提供 类似 scala 的 function 关键字来专门表示函数类型。不标记类型,如何进行类型检查呢? 既然给了第一公民待遇,配套的类型检查如何进行呢? 靠推断。 不仅 lambda 表示的类型可以推断,lambda 表达式参数的类型也可以推断。也就是 List<Apple> apples = xx.filter(a -> a.getWeight() > 150) a 的类型可以不写。

其内在逻辑据猜测:lambda表达式 (type args) -> {} ==> 参数类型可以推断 args -> {}==> 参数和方法的 匹配可以推断 xx:function_name

小结一下,lambda 包括以下要点:

  1. behavior parameterization pattern
  2. 第一公民
  3. lambda 是什么类型? lambda 类型是推断出来的,看assignment context
  4. function interface,function descriptor . 例如 the Comparator(比较器接口) represents a function descriptor (T, T) -> int
  5. 使用外部变量的一些限制 ==> 闭包 ==> java8 实现了一个“不完整的”闭包
  6. lambda 和 方法引用的替代关系。
  7. 简化设计模式代码,比如策略模式,就可以简化为一个 Map<StrategyName,Function<T,R>>
  8. 以前说重构,都是抽取类啥的。方法作为第一公民后,抽取方法也是很有意义的,并且抽取的 方法附着在类上就可以,不用作为静态方法。比如Integer 1.8 提供sum方法,就是为了 很多场合可以用Integer::sum

Lambda表达式与匿名类的异同集中体现在以下三点上:

  1. Lambda就是为了优化匿名内部类而生,Lambda要比匿名类简洁的多得多。
  2. Lambda仅适用于函数式接口,匿名类不受限。
  3. 即匿名类中的this是“匿名类对象”本身;Lambda表达式中的this是指“调用Lambda表达式的对象”。

default methods

enables interfaces and their libraries to evolve with less fuss(大惊小怪) and less recompilation。比如java8 的每个集合都有stream方法,但是对于java8 维护者来说,如果将stream方法加入到 Collection 接口中,则所有实现Collection 接口的类都要提供stream实现,否则他们的代码在 java8下无法编译通过。

此时,只能将stream方法的实现加入到 Collection 接口中,也就是default method。

a functional interface contains only one abstract method;default methods are non-abstract methods. 有了default method助攻,functional interface 也是可以有多个方法的。

default methods 变相支持了多继承,将一个类的功能 正交的分摊在多个interface上实现,有利于增加复用,每个类也变得更简洁。

tips

  1. 一般人 有兴趣学习java8 是从 听说lambda开始的,进而进入到一堆lambda的细节中。
  2. 函数式编程的两个要点是什么?no shared mutable data and the ability to pass methods and functions—code—to other methods。前者线程安全,后者简化代码,所以函数式编程,天然的能够充分利用多核cpu。
  3. 假设java8 引入了10个特性,那么有的是基石,有的是基于基石的封装。越底层越基础,越上层抽象层次越高,反映了java8的一些理念。
  4. 笔者最近面试,问java的题目,基本就是集合、多线程、io、jvm这块。那么反过来可以说,一个编程语言,评价其优劣,也是集合、多线程、io这几块。
  5. lambda 在很大程度上可以替换内部类,但两者是不同的。比如this 和 super 关键字 在内部类 中的指向 和在 lambda 中的指向(lambda 所在的)就不同。
  6. 什么东西最容易变化,就抽象什么

小结

  1. 《java in action》 每章的总结就写的挺好的
  2. java8 提高了可读性,部分解决了 harder to read than to write
  3. 有了lambda之后,以前很多可抽可不抽的逻辑(有两三次复用,但抽取一个接口略麻烦),现在因为抽取出来比较方便,便抽取了。

问题:

  1. lambda 是什么? 是anonymous functions。lambda 会 generate an instance of a functional interface,因此可以赋给 一个 function interface reference。 但是拿着 这个 interface reference 赋值时,比如Map.put(xx,interface reference) 会说 这个 interface reference 不能被 forward,为什么?

Java如何支持函数式编程?Java为函数式编程引入了三个新的语法概念:Stream类、Lambda表达式和函数接口(Functional Inteface)。Stream类用来支持通过“.”级联多个函数操作的代码编写方式;引入Lambda表达式的作用是简化代码编写;函数接口的作用是让我们可以把函数包裹成函数接口,来实现把函数当做参数一样来使用(Java 不像C那样支持函数指针,可以把函数直接当参数来使用)。