线程池、Lambda、函数式接口

第一章 线程池方式

1.1 线程池的思想

1. 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。
2. 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？在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

1. 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。

2. 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：
   

3. 合理利用线程池能够带来三个好处：

   • 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。
   • 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。
   • 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

1. 在JDK1.5的时候java提供了线程池
   java.util.concurrent.Executors类:线程池的工厂类,用来生产线程池

2. 静态方法:

   • static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
     • 创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。
   • 参数:
     • **int nThreads:**创建线程池中线程的个数
   • 返回值:
     • ExecutorService:是生产线程池,类型是一个接口,newFixedThreadPool返回的就是ExecutorService接口的实现类对象
       • 注意:我们无需关注ExecutorService的实现类是谁,我们只需要会使用ExecutorService接口来接收这个实现类即可(多态)这叫面向接口编程

3. **java.util.concurrent.ExecutorService:**线程池

   • Future submit(Runnable task) 提交一个 Runnable 任务用于执行,并返回一个表示该任务的 Future。
     • 把线程任务传递给submit方法,submit方法会在线程池中获取一个线程用于执行任务;执行完毕会自动把线程在归还给线程池
   • Future submit(Callable task) 提交一个返回值的任务用于执行,返回一个表示任务的未决结果的 Future。
     • void shutdown() 用于销毁线程池,一般不建议使用
       

4. 使用线程池中线程对象的步骤：

   • Runnable实现类代码:
     • 创建线程池对象。
     • 创建Runnable接口子类对象。(task)
     • 提交Runnable接口子类对象。(take task)
     • 关闭线程池(一般不做)。

   public static void main(String[] args) {
           //1.使用线程池工厂类Executors提供的静态方法newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池
           ExecutorService ex = Executors.newFixedThreadPool(2);
           //2.调用线程池ExecutorService中的方法submit,传递线程任务,执行线程任务
           //new Thread(new Runnable(){}).start();
           ex.submit(new Runnable() {
               @Override
               public void run() {
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程任务1执行了!");//pool-1-thread-2线程任务执行了!
               }
           });
           ex.submit(new Runnable() {
               @Override
               public void run() {
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程任务2执行了!");//pool-1-thread-1线程任务执行了!
               }
           });
           //void shutdown()  用于销毁线程池,一般不建议使用
           ex.shutdown();
           //线程池销毁之后,就在内存中消失了,就不能在执行线程任务了
           ex.submit(new Runnable() {
               @Override
               public void run() {
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程任务2执行了!");//RejectedExecutionException
               }
           });
       }
   

   • Callable测试代码:

     • Future submit(Callable task) 提交一个返回值的任务用于执行，返回一个表示任务的未决结果的 Future。
     • **java.util.concurrent.Callable**接口:用于设置线程任务
       • V call() 计算结果，如果无法计算结果，则抛出一个异常。
       • 重写call方法,返回一个执行泛型类型的数据

     public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
             //1.使用线程池工厂类Executors提供的静态方法newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池
             ExecutorService ex = Executors.newFixedThreadPool(2);
             //2.调用线程池ExecutorService中的方法submit,传递线程任务,执行线程任务,接收线程任务的返回值
             Future<Double> f1 = ex.submit(new Callable<Double>() {
                 @Override
                 public Double call() throws Exception {
                     return 1.1;
                 }
             });
          System.out.println(f1);//地址值java.util.concurrent.FutureTask@7006c658
             //使用Future接口中的方法V get()获取线程任务的返回值
             Double d = f1.get();
             System.out.println(d);
             Future<Integer> f2 = ex.submit(new Callable<Integer>() {
                 @Override
                 public Integer call() throws Exception {
                     //返回一个0-100之间的随机数 [0,100)
                     return new Random().nextInt(100);
                 }
             });
             System.out.println(f2.get());
         }
     

   • **Callable测试代码:**扩展

     • 使用Callable接口,计算1-100或者1-200之间所有整数的和

      public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
             //1.使用线程池工厂类Executors提供的静态方法newFixedThreadPool生产一个指定线程数量的线程池
             ExecutorService ex = Executors.newFixedThreadPool(2);
             //使用Scanner获取一个整数
             System.out.println("请输入一个整数");
             int i = new Scanner(System.in).nextInt();
             //2.调用线程池ExecutorService中的方法submit,传递线程任务,执行线程任务,接收线程任务的返回值
             Future<Integer> f = ex.submit(new Callable<Integer>() {
                 @Override
                 public Integer call() throws Exception {
                     int sum = 0;
                     //计算1-i之间的和
                     for (int j = 1; j <= i; j++) {
                         sum += j;
                     }
                     return sum;
                 }
             });
             System.out.println(f.get());
         }
     

第二章 Lambda表达式

2.1 函数式编程思想概述

1. 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
2. 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。
3. 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

1. 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。

2. 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。

3. 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:

1. 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

     • (参数)->{重写的方法体}
     • 一些参数,一个箭头,一段代码
     • ()->接口中的抽象方法的参数,有就写上,没有空着 (String s) (int a,int b)
     • ->传递:把参数传递给{}中的方法体
     • {}:重写接口中的抽象方法的方法体

      public static void main(String[] args) {
             //使用匿名内部类的方式,实现多线程程序
             new Thread(new Runnable() {
                 @Override
                 public void run() {
                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->执行了线程任务");
                 }
             }).start();
     
             //使用lambda表达式实现多线程程序
             new Thread(()->{
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->执行了线程任务");
             }).start();
     
             //使用Lambda的省略格式
             new Thread(()->System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->执行了线程任务")).start();
         }
     

2. Lambda表达式的标准格式为：

   (参数类型 参数名称) ‐> { 代码语句 }
   

3. 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。

4. 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:

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

   • 创建一个数组,类型使用Person,存储Person对象

     public class Person {
         private String name;
         private int age;
         public Person() {}
         public Person(String name, int age) {
             this.name = name;
             this.age = age;
         }
         @Override
         public String toString() {
             return "Person{" +
                     "name='" + name + '\'' +
                     ", age=" + age +
                     '}';
         }
         public String getName() {return name;}
         public void setName(String name) {this.name = name;}
         public int getAge() {return age;}
         public void setAge(int age) {this.age = age;}
     }
     

   • 使用Arrays数组工具类中的方法sort对象Person按照年龄进行降序排序

   • java.util.Arrays:static void sort(T[] a, Comparator c)

     • 根据指定比较器产生的顺序对指定对象数组进行排序。

    public static void main(String[] args) {
           //创建一个数组,类型使用Person.存储Person对象
           Person[] arr = {
                   new Person("老王",18),
                   new Person("小明",17),
                   new Person("张三",30),
           };
           //使用Arrays数组工具类中的方法sort对象Person按照年龄进行降序排序
           Arrays.sort(arr, new Comparator<Person>() {
               @Override
               public int compare(Person o1, Person o2) {
                   // o1-o2升序,o2-o1降序
                   return o2.getAge()-o1.getAge();
               }
           });
           //使用Lambda表达式,简化匿名Comparator内部类
           Arrays.sort(arr,(Person o1, Person o2)->{
               return o2.getAge()-o1.getAge();
           });
           //使用Lambda表达式的简化格式
           Arrays.sort(arr,(o1,o2)->o2.getAge()-o1.getAge());
           //遍历数组
           for (Person p : arr) {
               System.out.println(p);
           }
       }
   

   • 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。

省略格式:

1. **省略规则：**在Lambda标准格式的基础上，使用省略写法的规则为：

   • 小括号内参数的类型可以省略；
   • 如果小括号内有且仅有一个参，则小括号可以省略；
   • 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。

2. **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

1. 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：
   • 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 Runnable 、 Comparator 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。
   • 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

1. 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。
2. 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

1. 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
   }
   

2. 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

1. 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

1. 与 @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();    
   }
   

2. 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

1. DK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 。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

1. java.util.function.Supplier 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。

2. 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));
         }
     }
     

3. 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。

     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

1. java.util.function.Consumer 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。

2. 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));
          
         }
     }
     

3. 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); };
     }
     

   • java.util.Objects 的 requireNonNull 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

1. java.util.function.Function 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”。

2. 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");
         }
     }
     

3. 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

1. 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 接口。

2. 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。
     

3. 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");
         }
     }
     

4. 默认方法：or

   • 与 and 的“与”类似，默认方法 or 实现逻辑关系中的“或”。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");
         }
     }
     

5. 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 and 和 or 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");  
         }
     }