2020-08-22

《Java 8 实战》读书笔记

时光飞逝，还记得大二开始接触 java 时，那时主流的是 jdk1.6 与 eclipse 的天下。没想到转眼间 java8 也发布快六年了，其中 Lambda、方法引用、stream 这些新特性，每次看到都云里来雾里去。正好拜读一下《Java 8 实战》这本书一探究竟～

p.s. 本文更多的是个人的笔记，完整代码请参考这个 repo: https://github.com/daya0576/java8_practice

第一部分：基础知识

第一章：Why java8

Stream API：灵感源自 linux 命令的管道流(|) -> 好处：天然的并行(执行的时候分块)
函数式编程：方法引用 -> lambda

第二章：通过行为参数化传递代码

了解过「策略设计模式」的同学，都知道将「行为」作为参数，可以增加代码的灵活性与可读性，但代码看上去还是有一丝累赘🤔 …

参考《在 java & python 中，如何优雅的筛选一堆苹果》

第三章：lambda 表达式

基本语法如下：

(Apple a1, Apple a2) -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight());

主要分为三部分:

**参数：**两个 Apple
**箭头：**将「参数列表」与「Lambda 主体」区分开
**主体：**比较两个苹果的重量（注意控制流语句需用大括号包围：例如return "Hello" + i）

使用场景

函数式接口？原名叫做 functional interface，为只有一个抽象方法的接口。

java8 还专门给抽象方法 @FunctionalInterface 注解，在编译阶段做检查。

举个例子：

// 官方的 Runnable 接口
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}


public static void main(String[] args) {
    Runnable r1 = () -> System.out.println("Hello World");
    r1.run();
}
// 最终输出 Hello World

函数式接口

java.util.function 中几个函数式的接口：

Runnable(()->void)
Predict(T->boolean) -> 输入一个参数，返回 boolean，用于例如列表中元素的筛选
Compare((U,T)->R) -> 输入两个参数，返回 boolean，用于排序
Consumer(T->void) -> 返回 void，用于例如打印一个列表中的所有元素和 Runnable的区别？？Runnable 是没有参数的
Supplier(()->T): 用于实例化多个对象
Function(T->R) -> 返回任意泛型的结果，例如用于获取一堆苹果对应的重量

方法引用

以下两种写法是等价的：

// lambda
inventory.sort((Apple a1, Apple a2) -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight()));

// 引用
inventory.sort(comparing(Apple::getWeight));

引用又分为三种：

静态方法，e.g. Integer::parseInt
类型 - 实例方法，e.g. String::length
实例对象 - 实例方法，e.g. expensiveTransaction::getValue

谓词复合

可以将多个 lambda 通过 and/or/negative 关联起来，例如筛选出又红又大的苹果：

Predicate<Apple> greenApplePredict = (Apple apple) -> "green".equals(apple.getColor());
        Predicate<Apple> predict = greenApplePredict.and(Apple::isHeavyApple);

函数组合

利用 andThen 和 compose 两个默认方法，将函数组合成自定义的 pipeline

// g(f(x))
Function<Integer, Integer> f1 = x -> x + 1;
Function<Integer, Integer> g1 = x -> x * 2;
Function<Integer, Integer> h1 = f1.andThen(g1).andThen(f1);
int result1 = h1.apply(1);
System.out.println(result1);

// f(g(x))
Function<Integer, Integer> f2 = x -> x + 1;
Function<Integer, Integer> g2 = x -> x * 2;
Function<Integer, Integer> h2 = f2.compose(g2);
int result2 = h2.apply(1);
System.out.println(result2);

第四章：引入流 & 使用流

以前以为 java 中的流只是为了让代码看起来更加简洁优雅，但另一个非常重要的优势在于自动的多核并行处理，提升性能，同时不用再担心如何处理线程与锁（在书的第七章中会重点介绍）。

⚠️注意：stream 与 python 中的 generator 类似，产生后只能被消费一次。

Stream API 总共有几种呢？

一、筛选：

filter
distinct
limit
skip: 跳过前 n 个元素

二、映射：

map
flatMap: 将多个 list 直接打平

flatMap 的例子：

List<String> words = Arrays.asList("hello", "world");
        List<String> wordsParsed = words.stream()
                .map(word->word.split(""))
                .flatMap(Arrays::stream)
                .collect(toList());
// [h, e, l, l, o, w, o, r, l, d]

以及如何生成笛卡尔积(但有一句说一句，感觉不是很直观。。)：

        // 给定列表[1, 2, 3]和􏳴表[3, 4]，返回笛卡尔积：
        List<Integer> numbers1 = Arrays.asList(1, 2, 3);
        List<Integer> numbers2 = Arrays.asList(3, 4);
        List<int[]> pairs = numbers1.stream()
                .flatMap(i -> numbers2.stream().map(j -> new int[]{i, j}))
                .collect(toList());

三、查找和匹配

anyMatch/allMatch
findAny: 注意这个方法返回的是 Optional 容器类（代表一个值存在或不存在），目标为有效的避免 NPE 的情况。
findFirst: 故名思义，与 findAny 的区别在于是否有序的第一个
sorted
distinct

四、归约

reduce: 举几个例子
- reduce(0, (a, b) -> a + b): 0 代表初始的指
- reduce(0, Integer::sum) / reduce(0, Integer::min)

但如果你想找到多个交易中，金额最大的拿笔交易：

// 找到最大金额的交易
Optional<Transaction> maxTransaction = transactions.stream()
        .reduce((t1, t2) -> t1.getValue() > t2.getValue()?t1:t2);

总结

用文中的一张图总结一下：

第六章：用流收集数据

collector 的三大功能：

将流元素规约和汇总为一个值
元素分组
元素分区

1. 汇总

最大值/最小值

Comparator<Dish> dishCaloriesComparator = 
    Comparator.comparingInt(Dish::getCalories);
    
Optional<Dish> mostCalorieDish = 
    menu.stream()
        .collect(maxBy(dishCaloriesComparator));

总数

int totalCalories = menu.stream().collect(summingInt(Dish::getCalories));

连接字符串

String shortMenu = menu.stream().map(Dish::getName).collect(joining());

2. 元素分组

其实就是 groupby

Map<Dish.Type, List<Dish>> dishesByType = menu.stream().collect(groupingBy(Dish::getType));

也可以直接计算 count

Map<Dish.Type, Long> typesCount = menu.stream().collect( groupingBy(Dish::getType, counting()));

还可以多级的分组。。。不太喜欢，就不列例子了

3. 分区

以下的返回结果分别为 true/false 对应的 map

Map<Boolean, List<Dish>> partitionedMenu = menu.stream().collect(partitioningBy(Dish::isVegetarian));

第七章：并行数据处理与性能

好复杂，跳过

第三部分：高效 java8 编程

罗列了一些设计模式，跳过。

第八章：重构、测试和调试

如何调试

一、堆栈

Q: 这个挺有意思的，下面堆栈中的 $0 是什么意思呢？ A: 这些表示错误发生在Lambda表达式内部。由于Lambda表达式没有名字，所以编译器只能为它们指定一个名字。

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at Debugging.lambda$main$0(Debugging.java:6)
at Debugging$$Lambda$5/284720968.apply(Unknown Source)
at java.util.stream.ReferencePipeline$3$1.accept(ReferencePipeline
.java:193)

二、日志

利用 peek 插入打印日志的动作：

List<Integer> result = numbers.stream()
    numbers.stream()
        .peek(x -> System.out.println("from stream: " + x))
        .map(x -> x + 17)
        .peek(x -> System.out.println("after map: " + x))
        .filter(x -> x % 2 == 0)
        ...

第九章：默认方法

Q: 首先回答为什么需要默认方法呢？
A: nterface 新增一个方法的时候，不让已有的代码报错，从而有了默认方法。

举个例子：java 中 extend 只能继承一个父类，但可以 implement 多个接口。好处在于默认方法的复用

public interface Rotatable {
    void setRotationAngle(int angleInDegrees);
    int getRotationAngle();
    default void rotateBy(int angleInDegrees){
        setRotationAngle((getRotationAngle () + angle) % 360);
    }
}

public interface Moveable {
    int getX();
    int getY();
    void setX(int x);
    void setY(int y);

    default void moveHorizontally(int distance) {
        setX(getX() + distance);
    }

    default void moveVertically(int distance) {
        setY(getY() + distance);
    }
}

public interface Resizable {
    int getWidth();
    int getHeight();
    void setWidth(int width);
    void setHeight(int height);
    void setAbsoluteSize(int width, int height);

    default void setRelativeSize(int wFactor, int hFactor) {
        setAbsoluteSize(getWidth() / wFactor, getHeight() / hFactor);
    }
}

// 可以 旋转、移动、
public class Monster implements Rotatable, Moveable, Resizable {
...
}
public class Sun implements Moveable, Rotatable { ...
}

但假如 Rotatable 和 Moveable 接口，都存在一个相同名字的默认方法，造成的冲突要如何解决呢？

第十章：用Optional取代null

为避免 NPE 引入了 Optional 对象

创建 Optional 对象

空的 Optional

Optional<Car> optCar = Optional.empty();

非空值创建 Optional, 注意如果 car 为 null，则立刻抛出一个 NPE

Optional<Car> optCar = Optional.of(car);

可接受 null 的 Optional

Optional<Car> optCar = Optional.ofNullable(car);

获取 Optional 中的值

如何重构下面的代码呢？

person.getCar().getInsurance().getName();

假设 person 是一个 Optional 的对象：

person.flatMap(Person::getCar)
    .flatMap(Car::getInsurance) 
    .map(Insurance::getName) 
    .orElse("Unknown");

上面 flatMap 与 map 的区别：
都是在不为 null 的情况下，根据约定 flatMap 返回的是 Optional 对象，而 map 则直接返回对应的值。

将 Insurance 定义为 Optional 类型的另一个好处在于，告诉未来的同事，它很明显可能是一个空值。

实战

case1: 用Optional可能为null的结果

// 优化前
Object value = map.get("key");
// 优化后
Optional<Object> value = Optional.ofNullable(map.get("key"));

case2: 巧用异常处理

// 优化前
Integer.parseInt(String)
// 重构后
public static Optional<Integer> stringToInt(String s) {
    try { 
        return Optional.of(Integer.parseInt(s)); 
    } catch (NumberFormatException e) {
        return Optional.empty(); }
    }
}

第十一章：CompletableFuture:组合式异步编程

使用异步线程 + future，避免一些 IO 操作的时候阻塞当前线程：
p.s. 完整可运行的代码：链接

public class Main {
    static List<Shop> shopList = Arrays.asList(
            new Shop("shop1"),
            new Shop("shop2"),
            new Shop("shop3")
    );

    private static void findPrices() {
        List<String> productList = shopList.stream()
                .map(shop -> shop.getPrice("apple"))
                .map(Quote::parse)
                .map(Discount::applyDiscount)
                .collect(toList());
        System.out.println(productList);
    }

    private static void findPricesAsync() {
        List<CompletableFuture<String>> productFutures = shopList.stream()
                .map(shop -> CompletableFuture.supplyAsync(
                        () -> shop.getPrice("apple")))
                .map(future -> future.thenApply(Quote::parse))
                .map(future -> future.thenCompose(quote ->
                        CompletableFuture.supplyAsync(
                                () -> Discount.applyDiscount(quote))))
                .collect(toList());

        List<String> productList = productFutures.stream()
                .map(CompletableFuture::join)
                .collect(toList());
        System.out.println(productList);
    }


    public static void measure(Runnable r1) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        r1.run();
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(end - start);
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 3 x (100ms+100ms) ≈ 600ms
        measure(Main::findPrices);

        // 100ms+100ms ≈ 200ms
        // 使用多线程的方式将多个查询任务并行执行
        measure(Main::findPricesAsync);
    }
}

如果需要对多个商品发起查询呢？
可以考虑使用 parallelStream 并行运行，提高性能（因为运行不要求是有序的）

等待所有查询执行完毕后，进行汇总。当然也可以使用 anyOf 方法，意味着任意一个查询结束即返回。

CompletableFuture[] futures =   findPricesStream("myPhone") 
    .map(f -> f.thenAccept(System.out::println)) 
    .toArray(size -> new CompletableFuture[size]);

CompletableFuture.allOf(futures).join();

p.s. 说实话有点过于复杂了，不太喜欢。。

第十二章：新的日期与时间API

(略)

第四部分：超越 Java 8

(略)