Modern Java(一)：函数式编程学习笔记

1. JUC 简介（注：可直接点击，会跳转至我查找到的解释原文）
在 Java 5.0 提供了 java.util.concurrent(简称JUC)包,在此包中增加了在并发编程中很常用的工具类,
用于定义类似于线程的自定义子系统,包括线程池,异步 IO 和轻量级任务框架;还提供了设计用于多线程上下文中
的 Collection 实现等;
2.S0S1
S0：年轻代中第一个survivor（幸存区）已使用的占当前容量百分比
S1：年轻代中第二个survivor（幸存区）已使用的占当前容量百分比
3.Eden
因为采用复制算法，所以年轻代分为三部分：1个Eden区和2个Survivor区（分别叫From和To），默认比例为8：1。
4.Stop The World
所谓的Stop the World机制，简称STW，即在执行垃圾收集算法时,Java应用程序的其他所有除了垃圾收集收集器线程之外的线程都被挂起。

在大数据领域，WC、MR、算子，这些只要是稍稍搞过一点大数据的童鞋，应该一听就懂是什么。

前面这两个可能浅一点，但是如果我说并行度、流分组、数据倾斜，这个就需要一点功底才知道了。

或者就像搞过电商的童鞋一听SKU、SPU就知道是啥。

?为笔者注：

1.WC
统计文件里面有多少单词，多少行，多少字符。
2.MR
MR理论：MapTask & ReduceTask
3.算子
在数学上可以解释为一个函数空间到函数空间上的映射O：X->X，其实就是一个处理单元，往往是指一个函数，在使用算子时往往会有输入和输出，算子则完成相应数据的转化，比如：Group、Sort等都是算子。

Java是一个静态类型的、强类型和解释型的语言，这些都代表什么意呢？

解释型就是说想Java源代码其实是没有被计算机转换成可执行文件的，也就是字节码。

像之前学过的C语言，源代码就必须通过make编译成目标文件以后才能执行,但是Java就不用先编译之后才执行，因为Java是跨平台的，有JVM，所以可以在运行的时候再去解释。

?为笔者注：

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

强类型比较好理解，例如javascript，比如我用var定义一个变量，虽然之前存的是数字，但是后面还可以存字符串或者是其他类型。

所以js就是一个弱类型语言，但是像Java是需要明确定义数据类型的，而且一旦定义之后就不能改成其他数据类型了

举个例子：这有点像结婚证～没拿之前，你交男女朋友都没有约束力，想和谁做朋友都可以（笔者注：可以，但不提倡），这就是弱类型。

但是一旦拿了结婚证办了酒呢，就不能想换个人就换个人了，这就是强类型

静态语言是你在写代码的时候就能知道数据类型有没有报错，就像你用idea写java代码的时候，就能检查出来语法错误，但是你用webstorm写js代码，默认情况下它是不会检查你的语法错误的，即使是选了JavaScript语法，也不会检查的。

Modern Java中的Modern又是什么意思呢？

Modern的字面意思就是现代，更深一层的意思就是先进的，Modern Java就是更先进的Java的意思。而且也主要是从Java8之后才开始叫起来的。

那Java8之前就不叫Modern Java了吗？

因为先进不仅意味着能够很好地解决当前的问题，还能够解决未来可能遇到的问题，例如更稳定、更简单、可扩展，等等等等。

而Java8就达到了这样的标准。而Java8之所以被称之为Modern Java，不是因为它仅仅是Java7的升级版，而是它还是Java7的重生版

请注意，是「重生版」！

为什么这么说呢？

因为其实「函数」这个概念可能从编程语言诞生的那天起就有了，很多同学第一次学习编程的时候，例如C语言里面的函数，和Java里面的类/对象方法本质上是一回事。

但是和C语言、JavaScript等语言不同的是，在Java8之前的版本中，函数只是Java的附属品，根本没有独立存在的资格。

如果大数据技术没有出现，不知道这种状况还会持续多久

难道Modern和大数据也有关系吗？

肯定有关系的。Java是一门纯面向对象语言，这个在OOD和OOP的时代，OOD呢就是面向对象的设计，OOP就是面向对象编程，也就是在十多年前吧，因为那时候纯面向对象的编程语言不多，所以那时候的Java完全是巨星闪耀，一枝独秀的感觉。
但是时过境迁，云计算和大数据技术出现了，在这种情况下，如果只是要处理大量的数据而业务要求非常简单的情况下，面向对象不仅没有任何好处，反而还会造成拖累。

因为大量的代码都和数据处理这件事情关系不大，但按照Java的语法规定却又不得不写，比如Java中大量的数据操作，其实都是通过集合来完成的，比如List、比如Map和Set，这些工具在大数据技术到来之前倒并没有觉得特别不方便的地方。

但是大数据里面的MR数据处理过程，就把这个完全颠覆了，也不是颠覆吧，就是使用方式感觉就不一样了。

比如一个简单的WC，就是wordcount，对集合的使用就和以前的代码完全不一样，尤其是像Spark、Flink这种流式及流批一体的大数据计算引擎中对各类算子的使用，异常复杂，用传统Java的集合处理API完全无法胜任，这是一方面。

另一方面，像Python、Scala等脚本类编程语言在大数据环境下，由于编码方式简单，只需要写点简单的功能函数，就能马上看到结果了，简直是如鱼得水，天然就适合做大数据功能的开发。

所以这样一来二去，两相对比之下，Java的在这方面的弊端就太明显了。

所以，开发出Java的工程师们也看到了这些情况，就干脆给Java来了个大手术，把以前类和对象里面的方法，或者叫函数，直接提升成了一等公民。

所以能够处理大数据的Java就是Modern Java了吗？

部分原因吧。但是却是影响最为深远的决定性的原因。它直接促成了Modern Java函数式编程的诞生。
也就是说，Java8之后的Java，不但依旧可以用OOD、OOP的方式编程，而且还多了一个新的，也非常强大的功能特性，那就是面向函数编程OFP，或者也叫函数式编程。
不过，还有另一个可能是同样重要而且同样影响深远的决定性因素，只是目前还不太明显而已。

如果就是这样的要求，确实很难玩出新花样，毕竟需求太简单，体现不出水平来。好，那这样，我问一下各位在线的小伙伴，如果需求复杂一点，比如现在有几家大厂的员工之间不定期搞一下联谊聚会活动，解决一下单身问题。但是只有通过公司才能找到员工，然后员工信息有年龄、是否已婚等内容，如果让你来做一个未婚员工的筛选，再根据年龄排序，然后全部放到一个列表里面，你该怎么实现呢？再加个变态的要求：用一行代码实现。

在实际开发中，这种对集合的操作是每个Java工程师每天都要处理的事情，但是大多数工程师，至少我曾经面试过的Java工程师，或者说程序员吧，大部分都没用过Java8，有的甚至听都没听说过，真的有点让人震惊。

Java8最主要的变化就是函数式编程，而这其中最为主要和最为核心的部分，可能也是大多数人都觉得比较难理解地方，就是我刚才说的，用一行代码解决需求的Lambda表达式。

二、 Lambda表达式

Lambda表达式之所以叫Lambda，是因为λ演算在计算机存在之前就已经存在了，它是由数学家阿隆佐·邱奇从数理逻辑中发展演变出来的，并且任何可计算函数都能用这种形式来表达和求值。

而且Lambda演算强调的是变量、谓词（动词）、量词和规则的运用，而非实现它们的具体机器。

?为笔者注：知识点补充Lambda

Lambda 表达式（lambda expression）是一个匿名函数，Lambda表达式基于数学中的λ演算得名，直接对应于其中的lambda抽象（lambda abstraction），是一个匿名函数，即没有函数名的函数。Lambda表达式可以表示闭包（注意和数学传统意义上的不同）。

不采用Lambda的老方法：

Runnable runnable1=new Runnable(){
@Override
public void run(){
    System.out.println("Running without Lambda");
}
};

采用Lambda的新方法：

Runnable runnable2=()->System.out.println("Running from Lambda");

这种思想和开发出Java8的工程师们不谋而合，而且也为了纪念阿隆佐·邱奇这位数学家的天才发现，不光Java8里面，现在只要某个语言中涉及到函数式编程，统一都叫Lambda表达式。比如，Python里面也有Lambda表达式。

计算机科学里面其实有很多很有意思的趣事，大家可以当作学习之余的一点谈论交流话题吧。

IT行业里面有一句话：Talk is cheap，show me the code，翻译成白话过来说就是，能动手咱就别BB。所以现在团子给大家展示一下，看看Java8之前，工程师们都是怎么开发的。

（演示建议观看直播回放）

感谢团子的演示，咱们可以简单看看代码，这段代码，不管Modern不Modern，肯定是都能运行的。不过按照Java标准语法来看，这里面有几行代码是没有意义的，也就是不够优雅～

对，就是优雅，也就是太笨重，而且不灵活。

为什么这么说呢，因为这些代码是和实际功能没有很强的关联关系，这些代码已经不可能再去优化它了，否则功能都不完整。

比如代码里面的setLayout、setTtitle等等set方法，还有一些创建jbutton的方法，以及给按钮增加点击事件的方法，就是addActionListern()方法。

这其实就是当初Java8的开发者所面临的问题，该从哪里开始优化代码呢？

大家可以把自己想像成Java8项目开发组的成员，就是由你来开发Java8这门语言的编译器，想想如果是你，你该怎么优化Java，让他变得更好更强大，然后可以对别人说：「我会Python，我会C，（唉~）就是不用，（就是玩~）」。（括号内内容是笔者瞎写的，略）
既然我们已经知道，业务代码，就是那些创建环境、给对象赋值、然后调整大小、位置的代码是不能被优化的，那么很明显，真相只有一个～

2-1 匿名内部类的问题

做Java时间长一点的同学都知道，在Java中，有一种类叫「匿名内部类」，就是刚才代码里面给按钮1和按钮2增加点击事件的时候用到的那个ActionListener，还有创建线程的时候用到的Runnable，这种匿名内部类的特点就是没有赋值给一个明确的变量，比如创建按钮时就通过代码new JButton("button1")明确地把对象的引用赋值给了jb1和jb2，而像匿名内部类这种语法的设计初衷，就是为了方便Java程序员将代码作为数据传递进去，其实就是想达到「代码即数据」的目的。

说的直白一点，就是把new ActionListener() {}这段代码块作为数据，传给jb1或者jb2对象。

如果是我，我会觉得最外面那个new ActionListener() {}有点多余，原因有几点：

1、因为ActionListener是以匿名类的方式实现的，既然它都已经不想让人知道自己干了什么，退出江湖了，又何必再露脸呢，对吧。

2、因为button的addActionListener里面已经要求了ActionListener作为参数，所以其实只要是个稍微聪明点的编译器，它自己就应该能够推断出来需要啥玩意，不用我再来告诉它一次，有点多此一举了。

3、第三点就是，其实咱们写代码，最终是只需要两个东西的，也就是数据和结果，而且这个类本身也是匿名的，所以它完全可以去掉，去掉以后应该是这样的。

public是多余的，因为只是作为参数了，有没有public没啥区别，所以去掉；

然后void也是多余的，编译器可以推断出来有没有返回值，以及它的返回值是啥；

然后方法名actionPerformed也是多余的，因为这段代码已经被赋值给「代码块」了，所以它不需要，也不配拥有自己的名字了。

删光不是目的，目的是要达到咱们优化的目的。

进行到这一步，我想Java8开发组的工程师们已经知道自己在干嘛了。

刚开始只是尝试着找到优化的方向，另外说一句，咱们可能用了不到几分钟就做到了这一步，那些工程师们可是呕心沥血了几年才达到了这一步的，所以在这里，我们需要向那些优秀的工程师们致敬，感谢他们为我们这些程序员所做出的付出，为整个Java开发社区和生态所做出的贡献。

然后，和返回类型一样，需要什么类型的数据编译器也应该是能够自己推断出来的，所以括号里那个ActionEvent也可以省略了。

有些像我这样追求完美的工程师会觉得这还不行，太丑了，这种形式看起来真的特别别扭，不知道其他人会不会这么觉得，反正我是这么觉得。如果是我的话，怎么能写出这么丑陋的代码来呢，我会继续把它打扮漂亮一点。

大功告成。大家可以看团子的桌面，对比一下之前的代码和现在精简的代码。这就是Java8中标准的Lambda表达式。也许之前的那些工程师经历了和我们一样的过程。

Lmabda表达式改造完了，但是咱们改造的目的不就是为了运用吗，对吧。所以，咱们应该马上趁热打铁，让团子把第二个按钮再按第一遍的形式改一下。

这段代码其实还有点小尾巴，就是多线程那一块，留着给大家用Lambda的方式去优化的哈。还是老规矩，如果看完咱们今天的直播以后，有小伙伴需要源码的，就在微信群里打0.618，如果统计出来有超过50位小伙伴，就让团子把源码发到群里。

大家可以看到哈，从去掉new ActionListener() {}开始，到去掉public，去掉void，去掉方法名actionPerformed()，去掉参数ActionEvent，最后把为了美化代码，增加了「->」符号，最终，咱们实现了将代码作为数据传递的目的，而且是以一种非常优雅的方式完成的。所以总结一下，Lambda表达式的特点：

一是匿名，没有名字，只有代码块；

二是它基于接口函数执行，而不是类；三是它传递的是行为和数据，而不是代码，这几点，只有在理解的基础上才能记住。

这种带个箭头的语法是不是可以到处用？或者说我想在哪加都行呢？

这其实就是函数式编程中比较重要的另一块了，Lambda可不是你想写，想写就能写的。刚才咱们之所以能够省掉那么多的代码，其实是开发Java8的工程师们给咱们提前就准备好的语法规范。

这个规范就叫函数式接口。说白了，就是专门用来写lambda表达式的接口，这种接口里面只有一个方法，记住，只能有一个。

虽然Java8之后的版本里面加入了默认方法，但是函数式接口里面只应该有一个待实现的非默认方法，这一点很关键，各位同学可以记下来，这是一条函数式编程的语法约束。

大家可以看到，比如有的函数式接口只有一个参数，那么就是arg1，如果有两个参数就是arg2，依此类推。如果有返回值的话，也要根据情况来区分。

这就是按照上面的「形式」列表归纳的几个常见的函数式接口，而且有些接口其实在Java8之前就已经存在了，这样也极大地平缓了程序员学习函数式编程的曲线，所以有时候真的是不得不佩服和感谢那些天才的工程师们，没有他们，我们不可能像今天这么方便。

刚才咱们的代码里面就有和第一个Runnable相关的函数式接口吧，就是「() -> void」，而且之前给大家留的一个小任务，多线程那块改成lambda表达式的，也是这个。至于后面两个，其实大家看看JDK的源码就知道了。

三、常用函数式接口

虽然可以自己定义函数式接口，但是开发Java8的工程师们已经预先替咱们程序员考虑到了使用Lambda表达式的若干种场景。所以，其实大部分情况下，都不用自己再去定义函数式接口了。

大家看着这张表格，这些都是Java8里面已经事先定义好的函数式接口，这些接口都在Java8的juf包里面。

方法名就是函数中的那唯一一个接口方法，然后描述符就是Lambda表达式的抽象描述，比如对于咱们自定义的MyFirstFunctionInterface函数式接口，它的Lambda表达式是(content) -> System.out.println(content)；

那么它的抽象描述就是(T) -> void，就是这个意思，然后按照Lambda的类别来分的话，它属于消费型，因为它接收了一个参数却没有返回任何数据；相对应的，第一行的() -> T就属于供给型的，因为它不需要任何参数，但却返回了一个泛型T，依此类推。

四、组合异步编程与新API

接下来我们来说说组合异步编程与新API。

关于咱们这次的Modern Java函数式编程的技术分享中，还有最后一个部分，那就是Java8中新出来的一些特性，其中比较重要的就是两个部分：

一是组合异步编程，这个在Java8中是新的CompletableFuture API；

二是新的时间日期API。

其实组合异步编程的知识更多适合在更高级的部分来讲解，至于什么是更高阶的部分，这里先暂时保密。今天只把组合异步编程的基础部分说一下。

在开发的时候也会遇到这种场景，比如当有用户请求时，服务器如果一直保持连接，等用户输入完信息并且发送以后才去干别的事情，那么当有其他用户请求时，肯定是无法及时处理的，那么这个新用户的体验就会非常差，这个就是传统的阻塞式I/O干的事情，然后为了改善用户体验，服务器端只要知道有用户请求就会立即响应请求新的请求，不管现在的用户是不是正在输入数据还是在干别的。

等用户输入完要发送了，再通知服务器说我输完了，你发吧，这时候服务器再来发，就不用干等了。这样一来，响应速度和处理效率就会大大提升，这就是非阻塞I/O，在Java中也叫NIO。这是一种典型的并行处理方式。就是客户端输入数据和服务端处理数据其实是并行着的。

所谓并发，就是指一瞬间，资源被大量请求占用，比如CPU内核和内存或者磁盘上的数据，这些请求虽然在宏观上感觉是同时发生的，但在微观上仍然是串行顺序执行的。

然后并行就完全是同时进行的了，不存在微观上顺序的问题，不管宏观微观，都是同时发生，就比如当用户在输入数据时，服务器在处理其他任务。所以如果再看到有资料或其他人说什么提高并发访问量，或者说提高并行度，您就应该理解这后面是什么意思了吧。

并发可以通过多线程去控制它，而并行可以通过回调进行控制。这两点单独讲都是很大的主题，内容都特别多，所以在这里不可能把它们讲的特别清楚，只能点到为止，也算是给大家做个科普。

其实现在计算机硬件成本已经很低了，像我现在用的苹果笔记本macbook pro就是i9八核、64G的内存，几乎已经感觉不到什么并行和并发的区别了。

这是一方面，另一方面，其实并发是需要尽量控制或避免线程阻塞对资源造成的浪费，从这个角度来说，程序也是需要某种方法来控制响应的。比如，Java从JDK1.5开始就提供了Future类。

只不过这里面有些问题，举个例子来说，在物联网开发领域，如果我们要采集大楼内所有烟感设备的感应数据，那么就需要持续不断地采集，如果采集一次就不能再次采集了，肯定是不能满足要求的，如果用Future实现这个功能，会有严重的缺陷，因为Future是一个「一次性」的对象。

这里的一次性并不是说这个对象只能用一次，然后要销毁重新生成，而是说这个对象里面的获取结果的方法，只能调用一次，之后再去调用就拿不到任何数据了。

很明显哈，我用Future第一查询数据的时候，是能够得到数据的，然后第二次问，就得不到数据了。但是用CompletableFuture就不一样，它可以反复得到数据，大家可以细品其中的区别。

其实CompletableFuture对Future来说，不止是加了个Completable这么简单，而是一些根本性的变革。至于为什么，咱们再下一期继续来说，这里先卖个关子。

然后Java8里面也增加了一些新的时间日期API，主要是由于一些历史遗留原因，导致Java中的Date和Calendar类对时间日期的处理，包括像一些时区、格式化、转换、线程安全性考虑以及日期计算方面都比较麻烦，所以从Java8开始，JDK提供了一些新的工具来解决这些问题，例如像什么LocalDate、LocalTime、LocalDateTime、Instant、Duration以及Period等等。

除了时间日期，还有一个比较独特的新API，就是Optional这个全新的类，这个类其实就是为了解决大量的防御性代码问题的，什么是防御性代码呢？

比如有个接口，用户会输入手机号、密码、验证码等等信息，OK，咱们为了保证这个接口不报错，那肯定要先保证数据不会出问题对吧，行，那就每个数据都来个检查好了。

比如手机号，要判断有没有输入对吧，输入了，是不是一个正确的手机号，长度、正则啊什么的，都要检查一遍，加几个判断条件就行了，也就是if...else把，好，然后密码什么的也这样搞一遍，其实我们可以看到，真正实现业务功能的代码可能就一两行，但是这种防御性代码，像什么if...else可能会有一大堆，完全把业务部分都淹没了，这就是防御性代码。

Optional虽然不解决业务数据是否合法，但是却可以从技术上解决NPE问题，什么是NPE？搞Java的同学不可能不遇到NPE。不过有些童鞋刚开始可能会不习惯，没关系，像Lambda一样，慢慢适应就好了。

?为笔者注

NPE是指编程语言中的空指针异常

五、总结

当然也可以不总结的，但整个直播讲的对我来说新知识量大于旧知识量，即使把这个笔记梳理后，也没有完全消化。但同时确确实实对一些java的历史和概念性问题，如，Java是一个静态类型的、强类型和解释型的语言、Modern Java的含义和由来以及指向的问题，有了一些认识。再如Lambda，当初自学Python的时候就已经遇到这个概念了，但当时并没有搞懂，一晃而过了。现在算是再次理解这个概念了，不过仍需要在代码中多实践几次，去体会理解。并发和并行的概念，老师上课时曾经讲过，这里做重温，也算有一番新的体会。以及比较晚了，大概就说这样多。

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