Java基础学习15:【线程池、Lambda、函数式接口】

  • A+
所属分类:Java Java基础

主要内容

  • 线程池
  • Lambda表达式
  • 函数式接口

教学目标

-[ ] 能够描述Java中线程池运行原理
-[ ] 能够理解函数式编程相对于面向对象的优点
-[ ] 能够掌握Lambda表达式的标准格式
-[ ] 能够掌握Lambda表达式的省略格式与规则
-[ ] 能够明确Lambda的两项使用前提
-[ ] 能够使用Supplier函数式接口
-[ ] 能够使用Consumer函数式接口
-[ ] 能够使用Function函数式接口
-[ ] 能够使用Predicate函数式接口

第一章 线程池方式

1.1 线程池的思想

我们使用线程的时候就去创建一个线程,这样实现起来非常简便,但是就会有一个问题:

如果并发的线程数量很多,并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了,这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率,因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。

那么有没有一种办法使得线程可以复用,就是执行完一个任务,并不被销毁,而是可以继续执行其他的任务?

Java中可以通过线程池来达到这样的效果。今天我们就来详细讲解一下Java的线程池。

1.2 线程池概念

  • 线程池:其实就是一个容纳多个线程的容器,其中的线程可以反复使用,省去了频繁创建线程对象的操作,无需反复创建线程而消耗过多资源。

由于线程池中有很多操作都是与优化资源相关的,我们在这里就不多赘述。我们通过一张图来了解线程池的工作原理:

Java基础学习15:【线程池、Lambda、函数式接口】

合理利用线程池能够带来三个好处:

  1. 降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务。
  2. 提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
  3. 提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线线程的数目,防止因为消耗过多的内存,而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存,线程开的越多,消耗的内存也就越大,最后死机)。

1.3 线程池的使用

Java里面线程池的顶级接口是java.util.concurrent.Executor,但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池,而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是java.util.concurrent.ExecutorService

要配置一个线程池是比较复杂的,尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下,很有可能配置的线程池不是较优的,因此在java.util.concurrent.Executors线程工厂类里面提供了一些静态工厂,生成一些常用的线程池。官方建议使用Executors工程类来创建线程池对象。

Executors类中有个创建线程池的方法如下:

  • public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads):返回线程池对象。(创建的是有界线程池,也就是池中的线程个数可以指定最大数量)

获取到了一个线程池ExecutorService 对象,那么怎么使用呢,在这里定义了一个使用线程池对象的方法如下:

  • public Future<?> submit(Runnable task):获取线程池中的某一个线程对象,并执行

Future接口:用来记录线程任务执行完毕后产生的结果。

使用线程池中线程对象的步骤:

  1. 创建线程池对象。
  2. 创建Runnable接口子类对象。(task)
  3. 提交Runnable接口子类对象。(take task)
  4. 关闭线程池(一般不做)。

Runnable实现类代码:

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我要一个教练");
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("教练来了: " + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("教我游泳,交完后,教练回到了游泳池");
    }
}

线程池测试类:

public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程池对象
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象
        // 创建Runnable实例对象
        MyRunnable r = new MyRunnable();
        //自己创建线程对象的方式
        // Thread t = new Thread(r);
        // t.start(); ---> 调用MyRunnable中的run()
        // 从线程池中获取线程对象,然后调用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
        // 再获取个线程对象,调用MyRunnable中的run()
        service.submit(r);
        service.submit(r);
        // 注意:submit方法调用结束后,程序并不终止,是因为线程池控制了线程的关闭。
        // 将使用完的线程又归还到了线程池中
        // 关闭线程池
        //service.shutdown();
    }
}

Callable测试代码:

  • <T> Future<T> submit(Callable<T> task) : 获取线程池中的某一个线程对象,并执行. Future : 表示计算的结果.
  • V get() : 获取计算完成的结果。
public class ThreadPoolDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建线程池对象
      ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);//包含2个线程对象
        // 创建Runnable实例对象
        Callable<Double> c = new Callable<Double>() {
            @Override
            public Double call() throws Exception {
                return Math.random();
            }
        };
        // 从线程池中获取线程对象,然后调用Callable中的call()
        Future<Double> f1 = service.submit(c);
        // Futur 调用get() 获取运算结果
        System.out.println(f1.get());
        Future<Double> f2 = service.submit(c);
        System.out.println(f2.get());
        Future<Double> f3 = service.submit(c);
        System.out.println(f3.get());
    }
}

第二章 Lambda表达式

2.1 函数式编程思想概述

在数学中,函数就是有输入量、输出量的一套计算方案,也就是“拿什么东西做什么事情”。相对而言,面向对象过分强调“必须通过对象的形式来做事情”,而函数式思想则尽量忽略面向对象的复杂语法——强调做什么,而不是以什么形式做

做什么,而不是怎么做

我们真的希望创建一个匿名内部类对象吗?不。我们只是为了做这件事情而不得不创建一个对象。我们真正希望做的事情是:将run方法体内的代码传递给Thread类知晓。

传递一段代码——这才是我们真正的目的。而创建对象只是受限于面向对象语法而不得不采取的一种手段方式。那,有没有更加简单的办法?如果我们将关注点从“怎么做”回归到“做什么”的本质上,就会发现只要能够更好地达到目的,过程与形式其实并不重要。

2.2 Lambda的优化

当需要启动一个线程去完成任务时,通常会通过java.lang.Runnable接口来定义任务内容,并使用java.lang.Thread类来启动该线程。

传统写法,代码如下:

public class Demo01ThreadNameless {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("多线程任务执行!");
            }
        }).start();
    }
}

本着“一切皆对象”的思想,这种做法是无可厚非的:首先创建一个Runnable接口的匿名内部类对象来指定任务内容,再将其交给一个线程来启动。

代码分析:

对于Runnable的匿名内部类用法,可以分析出几点内容:

  • Thread类需要Runnable接口作为参数,其中的抽象run方法是用来指定线程任务内容的核心;
  • 为了指定run的方法体,不得不需要Runnable接口的实现类;
  • 为了省去定义一个RunnableImpl实现类的麻烦,不得不使用匿名内部类;
  • 必须覆盖重写抽象run方法,所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍,且不能写错;
  • 而实际上,似乎只有方法体才是关键所在

Lambda表达式写法,代码如下:

借助Java 8的全新语法,上述Runnable接口的匿名内部类写法可以通过更简单的Lambda表达式达到等效:

public class Demo02LambdaRunnable {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> System.out.println("多线程任务执行!")).start(); // 启动线程
    }
}

这段代码和刚才的执行效果是完全一样的,可以在1.8或更高的编译级别下通过。从代码的语义中可以看出:我们启动了一个线程,而线程任务的内容以一种更加简洁的形式被指定。

不再有“不得不创建接口对象”的束缚,不再有“抽象方法覆盖重写”的负担,就是这么简单!

2.3 Lambda的格式

标准格式:

Lambda省去面向对象的条条框框,格式由3个部分组成:

  • 一些参数
  • 一个箭头
  • 一段代码

Lambda表达式的标准格式为:

(参数类型 参数名称) -> { 代码语句 }

格式说明:

  • 小括号内的语法与传统方法参数列表一致:无参数则留空;多个参数则用逗号分隔。
  • ->是新引入的语法格式,代表指向动作。
  • 大括号内的语法与传统方法体要求基本一致。

匿名内部类与lambda对比:

new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("多线程任务执行!");
            }
}).start();

仔细分析该代码中,Runnable接口只有一个run方法的定义:

  • public abstract void run();

即制定了一种做事情的方案(其实就是一个方法):

  • 无参数:不需要任何条件即可执行该方案。
  • 无返回值:该方案不产生任何结果。
  • 代码块(方法体):该方案的具体执行步骤。

同样的语义体现在Lambda语法中,要更加简单:

() -> System.out.println("多线程任务执行!")
  • 前面的一对小括号即run方法的参数(无),代表不需要任何条件;
  • 中间的一个箭头代表将前面的参数传递给后面的代码;
  • 后面的输出语句即业务逻辑代码。

参数和返回值:

下面举例演示java.util.Comparator<T>接口的使用场景代码,其中的抽象方法定义为:

  • public abstract int compare(T o1, T o2);

当需要对一个对象数组进行排序时,Arrays.sort方法需要一个Comparator接口实例来指定排序的规则。假设有一个Person类,含有String nameint age两个成员变量:

public class Person { 
    private String name;
    private int age;
    // 省略构造器、toString方法与Getter Setter 
}

传统写法

如果使用传统的代码对Person[]数组进行排序,写法如下:

public class Demo06Comparator {
    public static void main(String[] args) {
          // 本来年龄乱序的对象数组
        Person[] array = { new Person("古力娜扎", 19),            new Person("迪丽热巴", 18),             new Person("马尔扎哈", 20) };
          // 匿名内部类
        Comparator<Person> comp = new Comparator<Person>() {
            @Override
            public int compare(Person o1, Person o2) {
                return o1.getAge() - o2.getAge();
            }
        };
        Arrays.sort(array, comp); // 第二个参数为排序规则,即Comparator接口实例
        for (Person person : array) {
            System.out.println(person);
        }
    }
}

这种做法在面向对象的思想中,似乎也是“理所当然”的。其中Comparator接口的实例(使用了匿名内部类)代表了“按照年龄从小到大”的排序规则。

代码分析

下面我们来搞清楚上述代码真正要做什么事情。

  • 为了排序,Arrays.sort方法需要排序规则,即Comparator接口的实例,抽象方法compare是关键;
  • 为了指定compare的方法体,不得不需要Comparator接口的实现类;
  • 为了省去定义一个ComparatorImpl实现类的麻烦,不得不使用匿名内部类;
  • 必须覆盖重写抽象compare方法,所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍,且不能写错;
  • 实际上,只有参数和方法体才是关键

Lambda写法

public class Demo07ComparatorLambda {
    public static void main(String[] args) {
        Person[] array = {
              new Person("古力娜扎", 19),
              new Person("迪丽热巴", 18),
              new Person("马尔扎哈", 20) };
        Arrays.sort(array, (Person a, Person b) -> {
              return a.getAge() - b.getAge();
        });
        for (Person person : array) {
            System.out.println(person);
        }
    }
}

省略格式:

省略规则

在Lambda标准格式的基础上,使用省略写法的规则为:

  1. 小括号内参数的类型可以省略;
  2. 如果小括号内有且仅有一个参,则小括号可以省略;
  3. 如果大括号内有且仅有一个语句,则无论是否有返回值,都可以省略大括号、return关键字及语句分号。

备注:掌握这些省略规则后,请对应地回顾本章开头的多线程案例。

可推导即可省略

Lambda强调的是“做什么”而不是“怎么做”,所以凡是可以根据上下文推导得知的信息,都可以省略。例如上例还可以使用Lambda的省略写法:

Runnable接口简化:
1. () -> System.out.println("多线程任务执行!")
Comparator接口简化:
2. Arrays.sort(array, (a, b) -> a.getAge() - b.getAge());

2.4 Lambda的前提条件

Lambda的语法非常简洁,完全没有面向对象复杂的束缚。但是使用时有几个问题需要特别注意:

  1. 使用Lambda必须具有接口,且要求接口中有且仅有一个抽象方法
    无论是JDK内置的RunnableComparator接口还是自定义的接口,只有当接口中的抽象方法存在且唯一时,才可以使用Lambda。
  2. 使用Lambda必须具有上下文推断
    也就是方法的参数或局部变量类型必须为Lambda对应的接口类型,才能使用Lambda作为该接口的实例。

备注:有且仅有一个抽象方法的接口,称为“函数式接口”。

第三章 函数式接口

3.1 概述

函数式接口在Java中是指:有且仅有一个抽象方法的接口

函数式接口,即适用于函数式编程场景的接口。而Java中的函数式编程体现就是Lambda,所以函数式接口就是可以适用于Lambda使用的接口。只有确保接口中有且仅有一个抽象方法,Java中的Lambda才能顺利地进行推导。

备注:从应用层面来讲,Java中的Lambda可以看做是匿名内部类的简化格式,但是二者在原理上不同。

格式

只要确保接口中有且仅有一个抽象方法即可:

修饰符 interface 接口名称 {
    public abstract 返回值类型 方法名称(可选参数信息);
    // 其他非抽象方法内容
}

由于接口当中抽象方法的public abstract是可以省略的,所以定义一个函数式接口很简单:

public interface MyFunctionalInterface {    
    void myMethod();
}

自定义函数式接口

对于刚刚定义好的MyFunctionalInterface函数式接口,典型使用场景就是作为方法的参数:

public class Demo09FunctionalInterface {    
    // 使用自定义的函数式接口作为方法参数
    private static void doSomething(MyFunctionalInterface inter) {
        inter.myMethod(); // 调用自定义的函数式接口方法
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 调用使用函数式接口的方法
        doSomething(() -> System.out.println("Lambda执行啦!"));
    }
}

FunctionalInterface注解

@Override注解的作用类似,Java 8中专门为函数式接口引入了一个新的注解:@FunctionalInterface。该注解可用于一个接口的定义上:

@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
    void myMethod();
}

一旦使用该注解来定义接口,编译器将会强制检查该接口是否确实有且仅有一个抽象方法,否则将会报错。不过,即使不使用该注解,只要满足函数式接口的定义,这仍然是一个函数式接口,使用起来都一样。

3.2 常用函数式接口

JDK提供了大量常用的函数式接口以丰富Lambda的典型使用场景,它们主要在java.util.function包中被提供。前文的MySupplier接口就是在模拟一个函数式接口:java.util.function.Supplier<T>。其实还有很多,下面是最简单的几个接口及使用示例。

Supplier接口

java.util.function.Supplier<T>接口,它意味着”供给” , 对应的Lambda表达式需要“对外提供”一个符合泛型类型的对象数据。

抽象方法 : get

仅包含一个无参的方法:T get()。用来获取一个泛型参数指定类型的对象数据。

public class Demo08Supplier {
    private static String getString(Supplier<String> function) {
          return function.get();
    }
    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello";
        String msgB = "World";
        System.out.println(getString(() -> msgA + msgB));
    }
}

求数组元素最大值

使用Supplier接口作为方法参数类型,通过Lambda表达式求出int数组中的最大值。提示:接口的泛型请使用java.lang.Integer类。

代码示例:

public class DemoIntArray {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = { 10, 20, 100, 30, 40, 50 };
        printMax(() -> {
            int max = array[0];
            for (int i = 1; i < array.length; i++) {
                if (array[i] > max) {              
                      max = array[i];
                }
            }
            return max;
        });
    }
    private static void printMax(Supplier<Integer> supplier) {
        int max = supplier.get();
        System.out.println(max);
    }
}

Consumer接口

java.util.function.Consumer<T>接口则正好相反,它不是生产一个数据,而是消费一个数据,其数据类型由泛型参数决定。

抽象方法:accept

Consumer接口中包含抽象方法void accept(T t),意为消费一个指定泛型的数据。基本使用如:

import java.util.function.Consumer;
public class Demo09Consumer {
    private static void consumeString(Consumer<String> function , String str) {
          function.accept(str);
    }
    public static void main(String[] args) {
        consumeString(s -> System.out.println(s));
    }
}

默认方法:andThen

如果一个方法的参数和返回值全都是Consumer类型,那么就可以实现效果:消费一个数据的时候,首先做一个操作,然后再做一个操作,实现组合。而这个方法就是Consumer接口中的default方法andThen。下面是JDK的源代码:

default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
    Objects.requireNonNull(after);
    return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
}

备注:java.util.ObjectsrequireNonNull静态方法将会在参数为null时主动抛出NullPointerException异常。这省去了重复编写if语句和抛出空指针异常的麻烦。

要想实现组合,需要两个或多个Lambda表达式即可,而andThen的语义正是“一步接一步”操作。例如两个步骤组合的情况:

public class Demo10ConsumerAndThen {
    private static void consumeString(Consumer<String> one, Consumer<String> two,String str) {
          one.andThen(two).accept(str);
    }
    public static void main(String[] args) {
        consumeString(
            s -> System.out.println(s.toUpperCase()),
            s -> System.out.println(s.toLowerCase()),
            "HeLLo");
    }
}

运行结果将会首先打印完全大写的HELLO,然后打印完全小写的hello。当然,通过链式写法可以实现更多步骤的组合。

Function接口

java.util.function.Function<T,R>接口用来根据一个类型的数据得到另一个类型的数据,前者称为前置条件,后者称为后置条件。有进有出,所以称为“函数Function”。

抽象方法:apply

Function接口中最主要的抽象方法为:R apply(T t),根据类型T的参数获取类型R的结果。使用的场景例如:将String类型转换为Integer类型。

public class Demo11FunctionApply {
    private static void method(Function<String, Integer> function, Str str) {
        int num = function.apply(str);
        System.out.println(num + 20);
    }
    public static void main(String[] args) {
        method(s -> Integer.parseInt(s) , "10");
    }
}

默认方法:andThen

Function接口中有一个默认的andThen方法,用来进行组合操作。JDK源代码如:

default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
    Objects.requireNonNull(after);
    return (T t) -> after.apply(apply(t));
}

该方法同样用于“先做什么,再做什么”的场景,和Consumer中的andThen差不多:

public class Demo12FunctionAndThen {
    private static void method(Function<String, Integer> one, Function<Integer, Integer> two, String str) {
        int num = one.andThen(two).apply(str);
        System.out.println(num + 20);
    }
    public static void main(String[] args) {
        method(s -> Integer.parseInt(s), i -> i *= 10, "10");
    }
}

第一个操作是将字符串解析成为int数字,第二个操作是乘以10。两个操作通过andThen按照前后顺序组合到了一起。

请注意,Function的前置条件泛型和后置条件泛型可以相同。

Predicate接口

有时候我们需要对某种类型的数据进行判断,从而得到一个boolean值结果。这时可以使用java.util.function.Predicate<T>接口。

抽象方法:test

Predicate接口中包含一个抽象方法:boolean test(T t)。用于条件判断的场景:

public class Demo15PredicateTest {
    private static void method(Predicate<String> predicate,String str) {
        boolean veryLong = predicate.test(str);
        System.out.println("字符串很长吗:" + veryLong);
    }
    public static void main(String[] args) {
        method(s -> s.length() > 5, "HelloWorld");
    }
}

条件判断的标准是传入的Lambda表达式逻辑,只要字符串长度大于5则认为很长。

默认方法:and

既然是条件判断,就会存在与、或、非三种常见的逻辑关系。其中将两个Predicate条件使用“与”逻辑连接起来实现“并且”的效果时,可以使用default方法and。其JDK源码为:

default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
    Objects.requireNonNull(other);
    return (t) -> test(t) && other.test(t);
}

如果要判断一个字符串既要包含大写“H”,又要包含大写“W”,那么:

public class Demo16PredicateAnd {
    private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two,String str) {
        boolean isValid = one.and(two).test(str);
        System.out.println("字符串符合要求吗:" + isValid);
    }
    public static void main(String[] args) {
        method(s -> s.contains("H"), s -> s.contains("W"),"Helloworld");
    }
}

默认方法:or

and的“与”类似,默认方法or实现逻辑关系中的“”。JDK源码为:

default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
    Objects.requireNonNull(other);
    return (t) -> test(t) || other.test(t);
}

如果希望实现逻辑“字符串包含大写H或者包含大写W”,那么代码只需要将“and”修改为“or”名称即可,其他都不变:

public class Demo16PredicateAnd {
    private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two,String str) {
        boolean isValid = one.or(two).test(str);
        System.out.println("字符串符合要求吗:" + isValid);
    }
    public static void main(String[] args) {
        method(s -> s.contains("H"), s -> s.contains("W"),"Helloworld");
    }
}

默认方法:negate

“与”、“或”已经了解了,剩下的“非”(取反)也会简单。默认方法negate的JDK源代码为:

default Predicate<T> negate() {
    return (t) -> !test(t);
}

从实现中很容易看出,它是执行了test方法之后,对结果boolean值进行“!”取反而已。一定要在test方法调用之前调用negate方法,正如andor方法一样:

import java.util.function.Predicate;
public class Demo17PredicateNegate {
    private static void method(Predicate<String> predicate,String str) {
        boolean veryLong = predicate.negate().test(str);
        System.out.println("字符串很长吗:" + veryLong);
    }
    public static void main(String[] args) {
          method(s -> s.length() < 5, "Helloworld");
    }
}
  • 资源分享QQ群
  • weinxin
  • 官方微信公众号
  • weinxin
沙海
TripodCloud:性价比最高的CN2 GIA服务器
一个Java基础入门的教程视频
Linux服务器网站环境安装
美女讲师教你学C语言

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: