P17_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

​ 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？
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

• 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：

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:

Future submit(Callable 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 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 name 和int 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。

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。
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。

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。

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

​ 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();
}

​ 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 。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 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 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.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

​ 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 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

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");
    }
}

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");
    }
}