Java8 HashMap优化、lambda、Stream等详解-轻识

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编辑：业余草

modb.pro

一、概述

❝
「Java8 的优势」
❞

速度更快
代码更少
强大的Stream API
便于并行
最大化减少空指针Optional

二、优化底层数据结构

2.1、优化HashMap

❝
「【原始Map】」
第10001个值存入，为避免k值相同，会进行10000次equals，效率非常低
❞

❝
「【java7 HashMap】:数组+链表」
HashMap 是 16 个位置的数组，并提供"加载因子"，当达到75%时，自动扩容，会对所有元素进行重新运算生成新的数组+链表
当存入值时，会先把值通过 hashcode 生成对应的索引，
确定索引后，会跟该索引下的值进行比较，比较len(链表长度)次，没有重复则形成链表（放链表头）。
效率有所提高，但是如果链表较长有10000个元素，依旧需要比较1000次。
❞

❝
「【java8 HashMap】:数组+（链表/红黑树）」
当链表长度大于8，且hashmap总容量大于64，会将链表自动转为红黑树
添加元素比链表慢，其他的都比链表更快速
❞

三、Lambda表达式

3.1、概述

❝
【概述】
❞

Lambda是一个匿名函数，可以理解为一段可以传递的代码。

Lambda是特殊的匿名内部类，允许将函数当做方法的参数传递

❝
优势
❞

可以写出更简洁、更灵活的代码。

❝
经验
❞

Lambda表达式的作用主要是用来简化接口的创建，interface。
需要注意的是：
1.任何需要使用interface的地方都可以使用Lambda表达式来简化；
2.Lambda表达式不能够简化类或者抽象类得创建，如果试图使用Lambda表达式去创建一个类或者抽象类
将会报错如下英文信息 ”Target type of a lambda conversion must be an interface“
这就是为什么Lambda表达式只用用来简化创建接口

3.2、匿名内部类到lambda

「匿名内部类」

// 匿名内部类
Runnable runnable = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("子线程开始执行。。。。");
    }
};
new Thread(runnable).start();

「lambda表达式」

// lambda表达式
Runnable runnable2 = () -> System.out.println("lambda子线程开始执行。。。。");
new Thread(runnable2).start();

3.3、lambda语法

❝
参数列表 -> 方法体
❞

「1、无参要写括号」
() -> System.out.println("无参");
「2、只有一个参数，可以不写括号」
x -> System.out.println(x);
「3、多条语句用{}」

Comparator com = (x, y) -> {
    System.out.println("...");
    return Integer.compare(x, y);
}

「4、若lambda体中只有一条语句，return和{}都可以不写」

Comparator com = (x, y) -> Integer.compare(x, y);

「5、lambda参数列表的数据类型可以省略不写（JVM编译器通过上下文做"类型推断"）」

Comparator com = (Integer x, Integer y) ->  Integer.compare(x, y);
Comparator com = (x, y) ->  Integer.compare(x, y);

「6、匿名内部类会单独生成一个单独的.class文件，lambda表达式不会生成。」

3.4、函数式接口

只有函数式接口（只有一个抽象方法的接口@FunctionalInterface）才能使用lambda表达式

❝
常见函数式接口
❞

❝
常用函数式接口子接口
❞

❝
使用演示
❞

「Consumer（有参无返回值）」

@Test
public void test(){
    // 匿名内部类
    Consumer consumer1 = new Consumer(){
        @Override
        public void accept(Integer n) {
            System.out.println(n + 1);
        }
    };
    consumer(consumer1, 100);

    // lambda
    Consumer consumer = n -> System.out.println(n + 1);
    consumer(consumer, 100);
}

public void consumer(Consumer consumer, Integer n){
    consumer.accept(n);
}

「Supplier（无参有返回值）」

@Test
public void test(){
    // lambda表达式
    int[] arr = getNums(() -> new Random().nextInt(100), 10);
    System.out.println(Arrays.toString(arr));
}

public int[] getNums(Supplier supplier, int count){
    int[] arr = new int[count];
    for(int i=0; i        arr[i] = supplier.get();
    }
    return arr;
}

「Function有参有返回值」

@Test
public void test(){
    // lambda表达式
    String str = dealStr(s -> s.toUpperCase(), "abc");
    System.out.println(str);
}

public String dealStr(Function function, String str){
    return function.apply(str);
}

「Predicate有参，返回布尔值」

@Test
public void test(){
    // lambda表达式
    List ageList = new ArrayList<>();
    ageList.add(10);
    ageList.add(19);
    List resultList = filterAge(age -> age > 18, ageList);
    System.out.println(resultList.toString());
}

public List filterAge(Predicate predicate, List ageList){
    List resultList = new ArrayList<>();
    for (Integer i: ageList) {
        if(predicate.test(i)){
            resultList.add(i);
        }
    }
    return resultList;
}

3.5、方法引用

是Lambda表达式的一种简写
如果lambda表达式中，只是调用一个特定的已存在的方法，则可以使用方法引用

❝
「对象::实例方法」
❞

// lambda表达式
Consumer consumer = s -> System.out.println(s);
consumer.accept("hello");

// 对象::实例方法
Consumer consumer2 = System.out::println;
consumer2.accept("world");

❝
「对象::静态方法」
❞

// lambda表达式
Comparator comparator = (x, y) -> Integer.compare(x, y);

// 对象::静态方法
Comparator comparator2 = Integer::compare;

❝
「类::实例方法」
❞

【注意】

1、Lambda体中参数列表和返回值类型，要与函数式抽象方法中抽象方法的保持一致

2、若Lambda参数列表中，第一个参数是实例方法的调用者，第二个是实例方法的参数，可以使用ClassName::method

// lambda表达式
BiPredicate bp = (x, y) -> x.equals(y);

// 对象::静态方法(ClassName::method)
BiPredicate bp2 = String::equals;

❝
「类::new」
❞

「构造器引用」

// lambda表达式
Supplier supplier = () -> new User();

// 对象::静态方法
Supplier supplier2 = User :: new;

「数组引用」

// lambda表达式
Function function = x -> new String[x];

// 对象::静态方法
Function function2 = String[]::new;

四、Stream

4.1、概述

❝
「概述」
❞

【概述】：流（Stream）中保存对集合或数组数据的操作

【特点】：

1、Stream只保存操作，自己不保存数据

2、Stream不会改变原对象

3、Stream操作是延迟执行的（只有执行终止操作，才一次性全部执行，称为"惰性求值"）

❝
「操作步骤」
❞

「1、创建Stream」
一个数据源（如：集合、数组），获取一个流
「2、中间操作」
一个中间操作链，对数据源的数据进行处理
「3、终止操作」
一个终止操作，执行中间操作链，并产生结果。在这之后，该Stream就不能使用了

4.2、创建Stream

❝
「【方式一】：通过Collection对象的stream()或parallelStream()方法」
❞

ArrayList arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("hello")

// 创建Stream(单线程)
Stream stream = arrayList.stream();

// 创建Stream(并行流，多线程)
Stream stream = arrayList.parallelStream();

stream.forEach(Systerm.out::println);

❝
「【方式二】：通过Arrays类的stream()方法」
❞

String[] arr = {"aaa", "bbb", "ccc"};

// 创建Stream
Stream stream = Arrays.stream(arr);

stream.forEach(Systerm.out::println);

❝
「【方式三】：通过Stream接口的of()、iterate()、generate()方法」
❞

// 创建Stream(直接把一组数变为流)
Stream stream = Stream.of(10, 20, 30, 40, 50, 60);

// 创建Stream(迭代流，iterate(起始值, 操作方法)，配合limit限制)
Stream stream = Stream.iterate(0, x -> x+2);

// 创建Stream(生成流，无参有返回值）
Stream stream = Stream.generate(() -> new Random().nextInt(100));

stream.forEach(Systerm.out::println);
// stream.limit(10).forEach(Systerm.out::println);

❝
「【方式四】：IntStream」
❞

// 创建Stream(1, 2, 3)
IntStream stream = IntStream.of(1, 2, 3);

// 创建Stream([1, 10))
IntStream stream = IntStream.range(1, 10)

// 创建Stream([1, 10])
IntStream stream = IntStream.rangeClosed(1, 10)

4.3、中间操作

// 创建一个集合用于测试操作
List employees = Arrays.asList(
    new Employee("张三", 18, 9999.99, Status.FREE),
    new Employee("李四", 18, 8999.99, Status.FREE),
    new Employee("王五", 18, 7999.99, Status.FREE),
    new Employee("赵六", 18, 6999.99, Status.BASY),
    new Employee("田七", 18, 5999.99, Status.BASY)
);

4.3.1、筛选与切片

❝
「【filter】」：接收lambda，从流中排除某些元素
❞

// filter
Stream stream = employees.stream().filter(e -> e.getAge()>18);
stream.forEach(System.out :: println);

❝
「【limit】」：截断流
❞

// limit
Stream stream = employees.stream().limit(2);
stream.forEach(System.out :: println);

❝
「【skip】」：skip(n)类似于pandas的iloc[n:]
❞

// skip
Stream stream = employees.stream().skip(2);
stream.forEach(System.out :: println);

❝
「【distinct】」：去重（根据hashcode和equals去重，因此，类要重写hashcode和equals方法）
❞

// distinct
Stream stream = employees.stream().distinct();
stream.forEach(System.out :: println);

4.3.2、映射map

map和flatmap的区别就相当于python list中append和extend的区别

❝
「【map】」:接收函数，把函数应用在所有元素上（多个流相互独立在一个大流中）
❞

// 将元素转为大写
List list = Array.aslist("aaa", "bbb", "ccc");
list.stream().map(str) -> str.toUpperCase().forEach(System.out :: println);

// 提取员工名
employess.stream().map(Employee:getName).forEach(System.out :: println);

❝
「【flatmap】」：接收函数，把函数应用在所有元素上（多个流合完全混合成一个大流）
❞

List list = Arrays.aslist("aaa", "bbb", "ccc");

// 编写将字符串拆分为字符的方法，返回一个流
public Stream filterCharacter(String str){
    List list = new ArrayList<>();
    
    for (Character ch : str.toCharArray()){
        list.add(ch)
    }
    return list.stream()
}


// 【方式1】：使用map的方法使用以上方法
Stream> stream = list.stream().map(str) -> filterCharacter(str); //[['a', 'a', 'a'], ['b', 'b', 'b'], ['c', 'c', 'c']]
stream.forEach((sm) -> sm.forEach(System.out :: println));


// 【方式1】：使用flatmap的方法使用以上方法
Stream stream = list.stream().flatmap(str) -> filterCharacter(str); //['a', 'a', 'a', 'b', 'b', 'b', 'c', 'c', 'c']
stream.forEach(System.out :: println);

4.3.3、排序sorted

❝
【sorted】：排序
❞

// 员工自定义定义排序[sorted(无参)代表默认排序]
employees.stream().sorted(
    (e1, e2) -> {
        if (e1.getAge().equals(e2.getAge())){
            return e1.getName().compareTo(e2.getName()); // 名字正序
        }else {
            return -e1.getAge().compareTo(e2.getAge()); // 年龄倒序
        }
    }
).forEach(System.out::println)

4.4、终止操作

4.4.1、查找与匹配

allMatch：检查是否匹配所有元素

anyMatch：检查是否至少匹配一个元素

noneMatch：检查是否没有匹配所有元素

findFirst：返回第一个元素

findAny：返回流中任意一个元素

count：返回流中元素的总个数

max：返回流中最大值

min：返回流中最小值

// 查看员工是不是全是18岁
Booblean b = employees.stream().allMatch((e) -> e.getAge().equals(18));

// 查看工资最高的员工 [Optional避免空指针]
Optional op = employees.stream()
    .max((e1, e2) -> Double.compare(e1.getSalary(), e2.getSalary());
System.out.println(op.get())
    
// 查出工资为9999.99的随便一个员工
Optional op = employees.stream()
    .filter((e) -> e.getSalary() == 9999.99)
    .findAny();
System.out.println(op.get())

4.4.2、规约

❝
reduce()：将流中元素反复结合起来，得到一个值
❞

// 列表累加
List list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);
Integer sum = list.stream()
    .reduce(0, (x, y) -> x + y); // 从索引0开始，累加
System.out.println(sum);

// 所有人工资总和
Optional op = employees.stream()
    .map(Emplyee :: getSalary)
    .reduce(Double :: sum);
System.out.println(op.get());

4.4.3、收集collect

Collectors实用类提供了很多静态方法，可以方便的创建常见收集器实例

❝
将流转为其他格式
❞

// 把所有员工名放到列表
List li = employees.stream()
    .map(Employee :: getName)
    .collect(Collectors.toList());

// 把所有员工名放到HashSet
HashSet hs = employees.stream()
    .map(Employee :: getName)
    .collect(Collectors.toCollection(HashSet::new));

❝
分组
❞

// 根据状态分组
Map> map = employees.stream()
    .collect(Collectors.groupingBy(Employee :: getStatus));
System.out.println(map)
    
// 多级分组（先根据状态分，再根据年龄分）
Map>> map = employees.stream()
    .collect(Collectors.groupingBy(Employee :: getStatus, Collectors.groupingBy(
        (e) -> {
            if (e.getAge()<18){
                return "未成年";
            } else{
                return "成年";
            }
        }));
System.out.println(map)

❝
分区
❞

Map> map = employees.stream()
    .collect(Collectors.partitioningBy((e) -> e.getSalary()>8000));

❝
统计
❞

// 公司总人数
Long count = employees.stream()
    .collect(Collectors.counting());

// 工资平均值
Double avg = employees.stream()
    .collect(Collectors.averagingDouble(Employee :: getSalary));

// 工资总和
Double sum = employees.stream()
    .collect(Collectors.summingDouble(Employee :: getSalary));

// 最大值
List li = Arrays.asList(1, 3, 5, 6, 7);
Optional max = li.stream()
    .collect(Collectors.maxBy((n1, n2) -> Double.compare(n1, n2)));
System.out.println(max.get());

// 最小值
List li = Arrays.asList(1, 3, 5, 6, 7);
Optional max = li.stream()
    .collect(Collectors.maxBy((n1, n2) -> Double.compare(n1, n2)));
System.out.println(max.get());

DoubleSummaryStatistics dss = employees.stream()
    .collect(Collectors.summarizingDouble(Employee::getSalary));
System.out.println(dss.getSum()); // 求和
System.out.println(dss.getAverage()); // 求平均数
System.out.println(dss.getMax()); // 求最大值

❝
连接
❞

String str = employees.stream()
    .map(Employee::getName)
    .collect(Collectors.joining(",", "===", "==="));
// ===张三,李四,王五,赵六,田七===

4.5、并行流

❝
并行流 就是把一个内容分成多个数据块，并用不同的线程分别处理每个数据块的流（Fork/Join框架）
java8中Stream API 可以通过parallel()与sequential()在并行流与顺序流之间进行切换
❞

4.5.1、Fork/Join框架

❝
更能充分的利用到cpu性能(各个CPU的利用率基本保持一致)
【多线程】：某一核上线程阻塞，这样会造成多核中有的在阻塞有的在空闲，不能很好利用cpu资源
【Fork/Join】：使用工作窃取模式，当某一核上执行完，会帮助别的核执行任务
❞

4.5.2、测试并行流

❝
测试1000亿累加
❞

「循环累加」

Instant start = Instant.now();
long sum = 0;
for (long num=0; num<=100000000000L; num++){
    sum += num;
}
Instant end = Instant.now();
System.out.println("耗时：" + Duration.between(start, end).toMillis()); // 耗时：30827

「Fork/Join并行流」

Instant start = Instant.now();
LongStream.rangeClosed(0, 100000000000L).parallel().reduce(0, Long::sum);
Instant end = Instant.now();
System.out.println("耗时：" + Duration.between(start, end).toMillis());// 耗时：27704

五、新时间API

❝
【Java.time】
线程安全、使用方便
❞

5.1、Java.time

5.1、日期

LocalDate localDate = LocalDate.now();
LocalDate localDate2 = LocalDate.of(2015, 12, 31);

5.2、时间

LocalTime localTime = LocalTime.now();
LocalTime localTime2 = LocalTime.of(21, 30, 59, 11001);

5.3、时间+日期

LocalDateTime localDateTime = LocalDateTime.now();
LocalDateTime localDateTime2 = LocalDateTime.of(2015, 11, 30, 23, 45, 59, 1234);
LocalDateTime localDateTime3 = LocalDateTime.of(localDate2, localTime2);

5.4、时间戳

//毫秒数时间戳
Long milliSecond = LocalDateTime.now().toInstant(ZoneOffset.of("+8")).toEpochMilli(); 
//秒数时间戳
Long second = LocalDateTime.now().toEpochSecond(ZoneOffset.of("+8")); 

// 时间戳转时间字符串
String result = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(milliSecond);

5.5、字符串转日期格式化

// 指定格式
DateTimeFormatter dtf = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); 
// 将时间转化为指定格式字符串
String df = dtf.format(LocalDateTime.now()); 
// LocalDateTime格式字符串转LocalDateTime
LocalDateTime dt1 = LocalDateTime.parse("2016-11-30T15:16:17"); 
// 将指定格式字符串转化为LocalDateTime
LocalDateTime dt2 = LocalDateTime.parse("2016-11-30 15:16:17", dtf);

5.6、时间推移

// 5天后
LocalDateTime after5days = LocalDateTime.now().plusDays(5); 
// 5天前
LocalDateTime before5days = LocalDateTime.now().minusDays(5); 
 // 加1月减2周
LocalDateTime monthWeek = LocalDateTime.now().plusMonths(1).minusWeeks(2);

5.7、时间抽取

// 年份
Integer year = LocalDate.now().getYear(); 
// 本年第几天
Integer dayOfYear = LocalDate.now().getDayOfYear(); 
// 月份
Integer month = LocalDate.now().getMonthValue(); 
// 几号
Integer dayOfMonth = LocalDate.now().getMonthValue(); 
// 周几
Integer week = LocalDate.now().getDayOfWeek().getValue();

// 获得本月第1天
LocalDate firstDay = LocalDate.now().with(TemporalAdjusters.firstDayOfMonth()); 
// 获得本月最后1天
LocalDate lastDay = LocalDate.now().with(TemporalAdjusters.lastDayOfMonth()); 
// 本月第1个星期天
LocalDate firstSunday = LocalDate.now().with(TemporalAdjusters.firstInMonth(DayOfWeek.SUNDAY)); 
// 判断那个日期在前
Boolean b = firstSunday.isBefore(LocalDate.now()); 
//相距多少年月日
Period p = LocalDate.now().until(LocalDate.of(2050, 1, 1)); 
//相距多少天
Long d = LocalDate.of(2050, 1, 1).toEpochDay() - LocalDate.now().toEpochDay();

5.8、时区

// 获取当前默认时区的日期和时间
ZonedDateTime now = ZonedDateTime.now(); 
// 获得时区（Asia/Shanghai）
now.getZone(); 
// 时区为0的时间
Instant ins = now.toInstant(); 
// 指定时区的时间
ZonedDateTime london = ZonedDateTime.now(ZoneId.of("Europe/London")); 
//把伦敦时间转换到纽约时间
ZonedDateTime newYork = london.withZoneSameInstant(ZoneId.of("America/New_York"));

5.9、Date与LocalDateTime互转

// Date转LocalDateTime
LocalDateTime localDateTime = date.toInstant().atOffset(ZoneOffset.of("+8")).toLocalDateTime()

// LocalDateTime转Date
Date date = Date.from(localDateTime.toInstant(ZoneOffset.of("+8")))

六、Optional容器类

❝
使用Optional后，如果空指针一定是创建Optional实例时出现的，更容易定位
Optional类（java.util.Optional）是一个容器类，代表一个值存在或不存在，原来用null表示一个值不存在，现在Optional可以更好的表达这个概念。并且可以避免空指针异常。
❞

「常用方法」

「函数」	「描述」
Optional.of(T t)	创建一个 Optional 实例
Optional.empty()	创建一个空的 Optional 实例
Optional.ofNullable(T t)	若 t 不为 null,创建 Optional 实例,否则创建空实例
isPresent()	判断是否包含值
orElse(T t)	如果调用对象包含值，返回该值，否则返回t
orElseGet(Supplier s)	如果调用对象包含值，返回该值，否则返回 s 获取的值
map(Function f)	如果有值对其处理，并返回处理后的Optional，否则返回 Optional.empty()
flatMap(Function mapper)	与 map 类似，要求返回值必须是Optional

七、接口中的默认方法与静态方法

❝
在java8中允许有实现的静态方法和默认方法
❞

「"类优先"原则」

接口和父类冲突，使用父类的方法。（一个类继承的父类和接口实现了同名的方法，父类的会生效）
接口冲突，需要指定。（一个类实现两个接口，两个接口有同名的实现方法，需要使用接口名.supper.方法名，指定使用哪个）

「示例」

public interface MyInterface {
    // 允许有实现的默认方法
    default String getName(){
        return "接口中的默认方法";
    }
    // 允许有实现的静态方法
    public static String show(){
        return "接口中的静态方法";
    }
}

八、重复注解与类型注解

8.1、重复注解

❝
java8支持方法使用重复注解（同一个注解使用两次）
新的反射API提供了getAnnotationsByType()方法，获得该注解所有的值
❞

「定义注解容器类」
要想定义重复注解，必须要先定义一个该注解的容器

@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface MyAnnotations{
    MyAnnotation[] value();
}

「自定义一个注解」
要用@Repeatable修饰，并指定容器类

// 要用@Repeatable修饰，并指定容器类
@Repeatable(MyAnnotations.class)
// 表示注解的适用范围（TYPE:类, METHOD:方法）
@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface MyAnnotation{
    // 注解的参数:类型 参数名
    int time() default 1000;
}

「重复注解」

public class TestAnnotation {
    @MyAnnotation(100)
    @MyAnnotation(200)
    public void show(){
    }
}

「使用反射的getAnnotationsByType()获取所有值」

Class clazz = TestAnnotation.class;
Method m1 = clazz.getMethod("show");
MyAnnotation[] mas = m1.getAnnotationsByType(MyAnnotation.class);
for (MyAnnotation myAnnotation : mas){
    System.out.println(myAnnotation.value()); // 100、200
}

8.2、类型注解

❝
注解的@Target可以使用TYPE_PARAMETER，可以用注解给参数赋默认值
类似于@RequestParam，@RequestParam使用的是PARAMETER，给形参设置默认值
❞

@MyAnnotation(100)
public void show(@MyAnnotation(111) Integer num){
}

8.3、@NonNull注解

❝
提供@NonNull注解，如果运行时加了该注解的值是null则运行时则会报错（运行时异常）
但是在java8中并没有内置，不可以直接使用，可以配合框架使用，不如SpringBoot中可以使用
❞

// obj如果为null，运行时会报错 private @NonNull Object obj;

Java8 HashMap优化、lambda、Stream等详解