怎样用Java 8优雅的开发业务

怎样用Java 8优雅的开发业务

目录

• 怎样用Java 8优雅的开发业务
  • 函数式编程
    • 流式编程
      • 基本原理
      • 案例
  • 优雅的空处理
  • 新的并发工具类CompletableFuture
    • 单机批处理多线程执行模型
      • 模型
      • 案例
    • 调整线程池的大小
    • 并行——使用流还是CompletableFutures？
  • 日期和时间API
  • 项目地址
  • 参考

函数式编程

匿名函数

λ演算

流式编程

基本原理

在Java中流式编程的基本原理有两点。

1. 构建流
2. 数据流转(流水线)
3. 规约

IntStream.rangeClosed(1, 100) // 1. 构建流
    .mapToObj(String::valueOf)// 2. 数据流转(流水线)
    .collect(joining());      // 3. 规约

案例

• 英雄的主位置一共有几类，分别是什么

@Test
fun t1() {
    // 英雄的主位置一共有几类，分别是什么
    // 映射
    val roleMains = heroes.map(Hero::getRoleMain)
        // 过滤为空的数据
        .filter(Objects::nonNull)
        // 去重
        .distinct()
    println(roleMains.size)
    println(roleMains)
}

@Test
public void t1() {
    // 英雄的主位置一共有几类，分别是什么
    List<String> roleMains = heroes.stream()
            // 映射
            .map(Hero::getRoleMain)
            // 过滤为空的数据
            .filter(Objects::nonNull)
            // 去重
            .distinct()
            // 收集列表
            .collect(toList());
    System.out.println(roleMains.size());
    System.out.println(roleMains);
}

---

• 英雄按主次位置分组后，输出每个分组有多少英雄，其中：近战英雄有多少位，远程英雄有多少位

@Test
fun t2() {
    // 英雄按主次位置分组后，输出每个分组有多少英雄，其中：近战英雄有多少位，远程英雄有多少位

    // 主次位置分组的英雄数量
    val groupHeroCount = heroes.groupingBy {
        Pair.of(it.roleMain, it.roleAssist)
    }.eachCount()

    // 主次分组后，再按攻击范围分组的英雄数量
    val groupThenGroupCount = heroes.groupBy {
        Pair.of(it.roleMain, it.roleAssist)
    }.map {
        val value = it.value.groupingBy(Hero::getAttackRange).eachCount()
        Pair.of(it.key, value)
    }.associateBy({ it.left }, { it.value })

    // 遍历输出
    groupThenGroupCount.forEach { (groupKey, groupValue) ->
        val groupingCount = groupHeroCount[groupKey]
        print("英雄分组key为:$groupKey;英雄数量:$groupingCount;")
        groupValue.forEach { (countKey, countValue) ->
            print("英雄攻击范围:$countKey;英雄数量:$countValue;")
        }
        println()
    }
}

@Test
public void t2() {
    // 英雄按主次位置分组后，输出每个分组有多少英雄，其中：近战英雄有多少位，远程英雄有多少位

    // 主次位置分组的英雄数量
    Map<Pair<String, String>, Long> groupHeroCount = heroes.stream()
            .collect(groupingBy(hero -> Pair.of(hero.getRoleMain(), hero.getRoleAssist()), counting()));

    // 主次分组后，再按攻击范围分组的英雄数量
    Map<Pair<String, String>, Map<String, Long>> groupThenGroupCount = heroes.stream()
            .collect(groupingBy(hero -> Pair.of(hero.getRoleMain(), hero.getRoleAssist()),
                    groupingBy(Hero::getAttackRange, counting())));

    // 遍历输出
    groupThenGroupCount.forEach((groupKey, groupValue) -> {
        Long groupingCount = groupHeroCount.get(groupKey);
        System.out.print("英雄分组key为:" + groupKey + ";英雄数量:" + groupingCount + ";");
        groupValue.forEach((countKey, countValue) -> System.out.print("英雄攻击范围:" + countKey + ";英雄数量:" + countValue + ";"));
        System.out.println();
    });
}

---

• 求近战英雄HP初始值的加总

@Test
fun t3() {
    // 求近战英雄HP初始值的加总
    val sum = heroes.filter { "近战" == it.attackRange }
        .map(Hero::getHpStart)
        .filter(Objects::nonNull)
        .reduce(BigDecimal::add)
    println("近战英雄HP初始值的加总为:$sum")
}

@Test
public void t3() {
    // 求近战英雄HP初始值的加总
    BigDecimal sum = heroes.stream()
            .filter(hero -> "近战".equals(hero.getAttackRange()))
            .map(Hero::getHpStart)
            .filter(Objects::nonNull)
            .reduce(BigDecimal.ZERO, BigDecimal::add);
    System.out.println("近战英雄HP初始值的加总为:" + sum);
}

---

• 通过最小列表收集器获取最小列表

@Test
public void t4() {
    // 通过最小列表收集器获取最小列表
    List<BigDecimal> minAttackGrowth = heroes.stream()
            .map(Hero::getAttackGrowth)
            .collect(new MinListCollector<>());
    System.out.println(minAttackGrowth);
    List<Hero> minHero = heroes.stream()
            .collect(new MinListCollector<>());
    System.out.println(minHero);
}

import java.util.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
import java.util.function.BiConsumer;
import java.util.function.BinaryOperator;
import java.util.function.Function;
import java.util.function.Supplier;
import java.util.stream.Collector;
import java.util.stream.Collectors;

import static java.util.stream.Collector.Characteristics.*;

/**
 * 最小列表收集器
 *
 * @author switch
 * @since 2020/8/18
 */
public class MinListCollector<T extends Comparable<? super T>> implements Collector<T, List<T>, List<T>> {
    /**
     * 收集器的特性
     *
     * @see Characteristics
     */
    private final static Set<Characteristics> CHARACTERISTICS = Collections.unmodifiableSet(EnumSet.of(IDENTITY_FINISH));
    private final static int ZERO = 0;

    /**
     * 最小值
     */
    private final AtomicReference<T> min = new AtomicReference<>();

    @Override
    public Supplier<List<T>> supplier() {
        // supplier参数用于生成结果容器，容器类型为A
        return ArrayList::new;
    }

    @Override
    public BiConsumer<List<T>, T> accumulator() {
        // accumulator用于消费元素，也就是归纳元素，这里的T就是元素，它会将流中的元素一个一个与结果容器A发生操作
        return (list, element) -> {
            // 获取最小值
            T minValue = min.get();
            if (Objects.isNull(minValue)) {
                // 第一次比较
                list.add(element);
                min.set(element);
            } else if (element.compareTo(minValue) < ZERO) {
                // 发现更小的值
                list.clear();
                list.add(element);
                min.compareAndSet(minValue, element);
            } else if (element.compareTo(minValue) == ZERO) {
                // 与最小值相等
                list.add(element);
            }
        };
    }

    @Override
    public BinaryOperator<List<T>> combiner() {
        // combiner用于两个两个合并并行执行的线程的执行结果，将其合并为一个最终结果A
        return (left, right) -> {
            // 最小值列表合并
            List<T> leftList = getMinList(left);
            List<T> rightList = getMinList(right);
            leftList.addAll(rightList);
            return leftList;
        };
    }

    private List<T> getMinList(List<T> list) {
        return list.stream()
                .filter(element -> element.compareTo(min.get()) == ZERO)
                .collect(Collectors.toList());
    }

    @Override
    public Function<List<T>, List<T>> finisher() {
        // finisher用于将之前整合完的结果R转换成为A
        return Function.identity();
    }

    @Override
    public Set<Characteristics> characteristics() {
        // characteristics表示当前Collector的特征值，这是个不可变Set
        return CHARACTERISTICS;
    }
}

优雅的空处理

import org.junit.Test;

import java.util.Optional;

/**
 * @author switch
 * @since 2020/8/18
 */
public class OptionalTests {
    @Test
    public void t1() {
        // orElse
        System.out.println(Optional.ofNullable(null).orElse("张三"));
        System.out.println(Optional.ofNullable(null).orElseGet(() -> "李四"));
        System.out.println(Optional.ofNullable("王五").orElseThrow(NullPointerException::new));
    }

    @Test
    public void t2() {
        // isPresent
        Optional<String> name = Optional.ofNullable("张三");
        if (name.isPresent()) {
            System.out.println(name.get());
        }
    }

    @Test
    public void t3() {
        // map
        Optional<Integer> number = Optional.of("123456").map(Integer::valueOf);
        if (number.isPresent()) {
            System.out.println(number.get());
        }
    }

    @Test
    public void t4() {
        // flatMap
        Optional<Integer> number = Optional.of("123456").flatMap(s -> Optional.of(Integer.valueOf(s)));
        if (number.isPresent()) {
            System.out.println(number.get());
        }
    }

    @Test
    public void t5() {
        // 过滤
        String number = "123456";
        String filterNumber = Optional.of(number).filter(s -> !s.equals(number)).orElse("654321");
        System.out.println(filterNumber);
    }
}

新的并发工具类CompletableFuture

单机批处理多线程执行模型

该模型适用于百万级量级的任务。超过千万数据，可以考虑分组，多机器并行执行。

基本流程：

1. 从数据库获取Id列表
2. 拆分成n个子Id列表
3. 通过子Id列表获取关联数据(注意：都需要提供批量查询接口)
4. 映射到需要处理的Model(提交到CompletableFuture)->处理数据->收集成list)(java 8流式处理)
5. 收集的list进行join操作
6. 收集list

模型

模型原理：Stream+CompletableFuture+lambda

简要解释:

• CompletableFuture是java8提供的一个工具类，主要是用于异步处理流程编排的。
• Stream是java8提供的一个集合流式处理工具类，主要用于数据的流水线处理。
• lambda在java中是基于内部匿名类实现的，可以大幅减少重复代码。
• 总结：在该模型中Stream用于集合流水线处理、CompletableFuture解决异步编排问题(非阻塞)、lambda简化代码。

• 数据流动

List<List<String>> ->
Stream<List<String>> ->
Stream<List<Model>> ->
Stream<CompletableFuture<List<Model>>> ->
Stream<CompletableFuture<List<映射类型>>> ->
List<CompletableFuture<Void>>

案例

• ThreadPoolUtil

import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor;

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

public final class ThreadPoolUtil {
    public static ThreadPoolTaskExecutor getDefaultExecutor(Integer poolSize, Integer maxPoolSize, Integer queueCapacity) {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setAllowCoreThreadTimeOut(true);
        executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
        executor.setCorePoolSize(poolSize);
        executor.setMaxPoolSize(maxPoolSize);
        executor.setQueueCapacity(queueCapacity);
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        return executor;
    }
}

• ThreadPoolConfig

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor;

@Configuration
public class ThreadPoolConfig {
    /**
     * 计算规则：N(thread) = N(cpu) * U(cpu) * (1 + w/c)
     * N(thread)：线程池大小
     * N(cpu)：处理器核数
     * U(cpu)：期望CPU利用率（该值应该介于0和1之间）
     * w/c：是等待时间与计算时间的比率，比如说IO操作即为等待时间，计算处理即为计算时间
     */
    private static final Integer TASK_POOL_SIZE = 50;
    private static final Integer TASK_MAX_POOL_SIZE = 100;
    private static final Integer TASK_QUEUE_CAPACITY = 1000;

    @Bean("taskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor() {
        return ThreadPoolUtil.getDefaultExecutor(TASK_POOL_SIZE, TASK_MAX_POOL_SIZE, TASK_QUEUE_CAPACITY);
    }
}

• #getFuturesStream

public Stream<CompletableFuture<List<Model>>> getFuturesStream(List<List<String>> idSubLists) {
    return idSubLists.stream()
        .map(ids ->
            CompletableFuture.supplyAsync(() -> modelService.listByIds(ids), taskExecutor)
        );
}

• #standardisation

public void standardisation() {
    List<CompletableFuture<Void>> batchFutures = getFuturesStream(idSubLists)
            .map(future -> future.thenApply(this::listByNormalize))
            .map(future -> future.thenAccept(modelService::batchUpdateData))
            .collect(Collectors.toList());
    List<Void> results = batchFutures.stream()
            .map(CompletableFuture::join)
            .collect(Collectors.toList());
}

调整线程池的大小

《Java并发编程实战》一书中，Brian Goetz和合著者们为线程池大小的优化提供了不少中肯的建议。这非常重要，如果线程池中线程的数量过多，最终它们会竞争稀缺的处理器和内存资源，浪费大量的时间在上下文切换上。反之，如果线程的数目过少，正如你的应用所面临的情况，处理器的一些核可能就无法充分利用。Brian Goetz建议，线程池大小与处理器的利用率之比可以使用下面的公式进行估算：

$$N_{threads} = N_{CPU} * U_{CPU} * (1 + \frac{W}{C})$$

其中：

• $N_{CPU}$是处理器的核的数目，可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()得到
• $U_{CPU}$是期望的CPU利用率（该值应该介于0和1之间）
• $\frac{W}{C}$是等待时间与计算时间的比率，比如说IO操作即为等待时间，计算处理即为计算时间

并行——使用流还是CompletableFutures？

对集合进行并行计算有两种方式：要么将其转化为并行流，利用map这样的操作开展工作，要么枚举出集合中的每一个元素，创建新的线程，在CompletableFuture内对其进行操作。后者提供了更多的灵活性，可以调整线程池的大小，而这能帮助确保整体的计算不会因为线程都在等待I/O而发生阻塞。

使用这些API的建议如下：

• 如果进行的是计算密集型的操作，并且没有I/O，那么推荐使用Stream接口，因为实现简单，同时效率也可能是最高的（如果所有的线程都是计算密集型的，那就没有必要创建比处理器核数更多的线程）。
• 反之，如果并行的工作单元还涉及等待I/O的操作（包括网络连接等待），那么使用CompletableFuture灵活性更好，可以依据等待/计算，或者$\frac{W}{C}$的比率设定需要使用的线程数。这种情况不使用并行流的另一个原因是，处理流的流水线中如果发生I/O等待，流的延迟特性很难判断到底什么时候触发了等待。

日期和时间API

使用指南：https://www.yuque.com/docs/share/ee5ef8a7-d261-4593-bd08-2a7a7d2c11ca?#（密码：gtag） 《时区工具类使用指南》

项目地址

GitHub：java8-fluent

参考

• Java 8 实战学习笔记
• Java 8 函数式编程学习笔记
• 深入理解Java函数式编程和Streams API

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