Java 8新特性探究(三)解開lambda最強作用的神祕面紗

我們期待了很久lambda爲java帶來閉包的概念,但是如果我們不在集合中使用它的話,就損失了很大價值。現有接口遷移成爲lambda風格的問題已經通過default methods解決了,在這篇文章將深入解析Java集合裏面的批量數據操作(bulk operation),解開lambda最強作用的神祕面紗。

1. 關於JSR335

JSR是Java Specification Requests的縮寫,意思是Java 規範請求,Java 8 版本的主要改進是 Lambda 項目(JSR 335),其目的是使 Java 更易於爲多核處理器編寫代碼。JSR 335=lambda表達式+接口改進(默認方法)+批量數據操作。加上前面兩篇,我們已是完整的學習了JSR335的相關內容了。

2. 外部VS內部迭代

以前Java集合是不能夠表達內部迭代的,而只提供了一種外部迭代的方式,也就是for或者while循環。

List persons = asList(new Person("Joe"), new Person("Jim"), new Person("John"));
for (Person p :  persons) {
   p.setLastName("Doe");
}

上面的例子是我們以前的做法,也就是所謂的外部迭代,循環是固定的順序循環。在現在多核的時代,如果我們想並行循環,不得不修改以上代碼。效率能有多大提升還說定,且會帶來一定的風險(線程安全問題等等)。
要描述內部迭代,我們需要用到Lambda這樣的類庫,下面利用lambda和Collection.forEach重寫上面的循環。

persons.forEach(p->p.setLastName("Doe"));

現在是由jdk 庫來控制循環了,我們不需要關心last name是怎麼被設置到每一個person對象裏面去的,庫可以根據運行環境來決定怎麼做,並行,亂序或者懶加載方式。這就是內部迭代,客戶端將行爲p.setLastName當做數據傳入api裏面。
內部迭代其實和集合的批量操作並沒有密切的聯繫,藉助它我們感受到語法表達上的變化。真正有意思的和批量操作相關的是新的流(stream)API。新的java.util.stream包已經添加進JDK 8了。

3. Stream API

流(Stream)僅僅代表着數據流,並沒有數據結構,所以他遍歷完一次之後便再也無法遍歷(這點在編程時候需要注意,不像Collection,遍歷多少次裏面都還有數據),它的來源可以是Collection、array、io等等。

3.1 中間與終點方法

流作用是提供了一種操作大數據接口,讓數據操作更容易和更快。它具有過濾、映射以及減少遍歷數等方法,這些方法分兩種:中間方法和終端方法,“流”抽象天生就該是持續的,中間方法永遠返回的是Stream,因此如果我們要獲取最終結果的話,必須使用終點操作才能收集流產生的最終結果。區分這兩個方法是看他的返回值,如果是Stream則是中間方法,否則是終點方法。具體請參照Stream的api。

簡單介紹下幾個中間方法(filter、map)以及終點方法(collect、sum)。

3.1.1 Filter

在數據流中實現過濾功能是首先我們可以想到的最自然的操作了。Stream接口暴露了一個filter方法,它可以接受表示操作的Predicate實現來使用定義了過濾條件的lambda表達式。

List persons = …
Stream personsOver18 = persons.stream().filter(p -> p.getAge() > 18);//過濾18歲以上的人

3.1.2 Map

假使我們現在過濾了一些數據,比如轉換對象的時候。Map操作允許我們執行一個Function的實現(Function<T,R>的泛型T,R分別表示執行輸入和執行結果),它接受入參並返回。首先,讓我們來看看怎樣以匿名內部類的方式來描述它:

Stream adult= persons
              .stream()
              .filter(p -> p.getAge() > 18)
              .map(new Function() {
                  @Override
                  public Adult apply(Person person) {
                     return new Adult(person);//將大於18歲的人轉爲成年人
                  }
              });

現在,把上述例子轉換成使用lambda表達式的寫法:

Stream map = persons.stream()
                    .filter(p -> p.getAge() > 18)
                    .map(person -> new Adult(person));

3.1.3 Count

count方法是一個流的終點方法,可使流的結果最終統計,返回int,比如我們計算一下滿足18歲的總人數:

int countOfAdult=persons.stream()
                       .filter(p -> p.getAge() > 18)
                       .map(person -> new Adult(person))
                       .count();

3.1.4 Collect

collect方法也是一個流的終點方法,可收集最終的結果:

List adultList= persons.stream()
                       .filter(p -> p.getAge() > 18)
                       .map(person -> new Adult(person))
                       .collect(Collectors.toList());

或者,如果我們想使用特定的實現類來收集結果:

List adultList = persons
                 .stream()
                 .filter(p -> p.getAge() > 18)
                 .map(person -> new Adult(person))
                 .collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));

篇幅有限,其他的中間方法和終點方法就不一一介紹了,看了上面幾個例子,大家明白這兩種方法的區別即可,後面可根據需求來決定使用。

3.2 順序流與並行流

每個Stream都有兩種模式:順序執行和並行執行。
順序流:

List <Person> people = list.getStream.collect(Collectors.toList());

並行流:

List <Person> people = list.getStream.parallel().collect(Collectors.toList());

顧名思義,當使用順序方式去遍歷時,每個item讀完後再讀下一個item。而使用並行去遍歷時,數組會被分成多個段,其中每一個都在不同的線程中處理,然後將結果一起輸出。

3.2.1 並行流原理:

List originalList = someData;
split1 = originalList(0, mid);//將數據分小部分
split2 = originalList(mid,end);
new Runnable(split1.process());//小部分執行操作
new Runnable(split2.process());
List revisedList = split1 + split2;//將結果合併

大家對hadoop有稍微瞭解就知道,裏面的 MapReduce 本身就是用於並行處理大數據集的軟件框架,其 處理大數據的核心思想就是大而化小,分配到不同機器去運行map,最終通過reduce將所有機器的結果結合起來得到一個最終結果,與MapReduce不同,Stream則是利用多核技術可將大數據通過多核並行處理,而MapReduce則可以分佈式的。

3.2.2順序與並行性能測試對比

如果是多核機器,理論上並行流則會比順序流快上一倍,下面是測試代碼

long t0 = System.nanoTime();
//初始化一個範圍100萬整數流,求能被2整除的數字,toArray()是終點方法
int a[]=IntStream.range(0, 1_000_000).filter(p -> p % 2==0).toArray();
long t1 = System.nanoTime();
//和上面功能一樣,這裏是用並行流來計算
int b[]=IntStream.range(0, 1_000_000).parallel().filter(p -> p % 2==0).toArray();
long t2 = System.nanoTime();
//我本機的結果是serial: 0.06s, parallel 0.02s,證明並行流確實比順序流快
System.out.printf("serial: %.2fs, parallel %.2fs%n", (t1 - t0) * 1e-9, (t2 - t1) * 1e-9);

3.3 關於Folk/Join框架

應用硬件的並行性在java 7就有了,那就是 java.util.concurrent 包的新增功能之一是一個 fork-join 風格的並行分解框架,同樣也很強大高效,有興趣的同學去研究,這裏不詳談了,相比Stream.parallel()這種方式,我更傾向於後者。

4. 總結

如果沒有lambda,Stream用起來相當彆扭,他會產生大量的匿名內部類,比如上面的3.1.2map例子,如果沒有default method,集合框架更改勢必會引起大量的改動,所以lambda+default method使得jdk庫更加強大,以及靈活,Stream以及集合框架的改進便是最好的證明。

原文鏈接:http://my.oschina.net/benhaile/blog/177148

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