Java 8. Programmiermethodik. Eva Zangerle Universität Innsbruck

Transkript

1 Java 8 Programmiermethodik Eva Zangerle Universität Innsbruck

2 Java 8 (1) Java 8 wurde von Oracle am 18. März 2014 veröffentlicht Damit wurden einige Features umgesetzt, welche ursprünglich schon für Java 7 geplant waren (etwa Lambdas) Neben Bugfixes wurden weitreichende Änderungen an der Java-Syntax vorgenommen Seit JDK 1.5 ist Java 8 das wohl umfangreichste Release Hier werden nur die wichtigsten Änderungen/Erweiterungen aufgeführt 2

3 Java 8 (2) Neu in Java 8 Lambdas Default Methoden Streams Optional Type Annotations Repeating Annotations Änderungen mit Java 8 Nashorn (ersetzt Rhino) Date & Time APIs JavaFX Metaspace (Garbage Collection) 3

4 Funktionale Programmierung in Java

5 Funktionale Programmierung Programm wird als Aneinanderreihung von mathematischen Funktionen repräsentiert Daten sind stets unveränderbar Frei von Seiteneffekten Funktionen können weitere Funktionen übergeben werden (Code-as-Data) Vorteile: Kürzerer, übersichtlicherer Code Besser parallelisierbar Seiteneffekte

6 Lambdas - Einführung Bekannt als Project Lambda Hauptfeature von Java 8 Dient vor allem der Vereinfachung des Programmcodes etwa beim Sortieren von Collections Lambdas sind objektlose Methoden Kommen nur einmal im Code vor Angelehnt an funktionale Programmierung (Programme bestehen nur aus Funktionen, keine Seiteneffekte) Funktionen als Parameter Anonyme innere Klasse kapselt diese Verhalten 6

7 Lambdas (1) Syntax: parameters -> body (argument list) -> code Beispiele: (String name, Address address) -> [Implementierung] (name, adress) -> [Implementierung] name -> [Implementierung] () -> return 42 Type inference Weitere Information unter Programmiermethodik Java 8 7

8 Lambdas (2) Beispiele: (String s1, String s2) -> {return s2.length() - s1.length(); (String str) -> System.out.println(str) Parameter-Typ-Deklaration ist optional; bei einem einzigen Parameter auch die Klammerung: str -> System.out.println(str) () -> System.out.println(this) Bei Verwendung eines einzigen Statements im Body, kann die Block-Definition und return weggelassen werden: (s1, s2) -> s2.length() - s1.length() 9

9 Lambdas (3) Comparator mit inner class: Comparator<String> ignorecasecomparator_old = new Comparator<String>() { public int compare(string s1, String s2) { return (s1.tolowercase().compareto(s2.tolowercase())); ; Comparator mit Lambda: Comparator<String> ignorecasecomparator_new = (String s1, String s2) -> (s1.tolowercase().compareto(s2.tolowercase())); Programmiermethodik Java 8 10

10 Lambdas (4) public class RunnableTest { public static void main(string[] args) { System.out.println("=== RunnableTest ==="); // Anonymous Runnable Runnable r1 = new public void run(){ System.out.println("Hello world one!"); ; // Lambda Runnable Runnable r2 = () -> System.out.println("Hello world two!"); r1.run(); r2.run(); 11

11 Lambdas (5) List<Person> list = new ArrayList<Person>(); list.add(new Person("max", "mustermann", 20)); list.add(new Person("jane", "doe", 44)); list.add(new Person("john", "doe", 55)); Collections.sort(list, (Person p1, Person p2) -> p1.getlastname().compareto(p2.getlastname())); list.foreach(x -> x.increaseage()); Programmiermethodik Java 8 12

12 Methoden-Referenzen Durch die Einführung von Lambdas werden Methoden- Referenzen möglich. Diese sind definiert für: Statische Methoden Instanz-Methoden Methoden einer bestimmten Instanz Konstruktoren (etwa TreeSet::new) Methoden-Referenzen werden mit Hilfe von :: angegeben 13

13 Methoden-Referenzen Beispiel (statt list.foreach(x -> x.increaseage()): list.foreach(person::increaseage); Ausgabe aller Listenelemente: list.foreach(system.out::println) Verschachteltes Beispiel (mit java.nio.file.files.lines (Non- Blocking IO)): Files.lines(Paths.get("Nio.java")).map(String::trim).forEach(System.out::println); Weitere Informationen: Programmiermethodik Java 8 14

14 Functional Interfaces (1) Als weitere Erweiterung der Lambdas gibt es in Java 8 so genannte Functional Interfaces. Das sind Interfaces, welche genau eine (abstrakte) Methode beinhalten (Ausnahme sind geerbte Methoden von Objekt sein also etwa tostring()) Auch Single Abstract Method interfaces (SAM) genannt Beispiele: Callable, Comparator, Runnable 15

15 Functional Interfaces (2) Lambdas können stets nur eine Methode definieren -> durch Functional interfaces kann sichergestellt werden, dass Lambdas verwendet werden können. Die kann auf solchen Interfaces verwendet werden, um Compiler- Fehlermeldungen zu erhalten. Programmiermethodik Java 8 16

16 Functional Interfaces public interface Displayable { public display(); public class DisplayableImplementation { public static void main(string[] args) { Displayable disp_anonymous = new Displayable() public void display() { System.out.println("anonymous inner class"); ; disp_anonymous.display(); Displayable disp_lambda = () -> System.out.println("lambda expression"); 17

17 Streams (1) Mit Java5 wurde eine neue for-schleife eingeführt: List<String> mylist = Arrays.asList("e0", "e1",..., "e999"); for (String e: mylist) { System.out.println(e); Diese foreach-schleife hat den Nachteil, dass die Elemente nicht parallel, sondern sequentiell abgearbeitet werden (man müsste zuerst händisch das Array in Teile zerlegen und diese dann parallel abarbeiten) Aus diesem Grund gibt es in Java 8 Streams und eine weitere foreach Schleife (das Interface Iterable wurde um eine default Methode foreach erweitert) 18

18 Streams (2) foreach-schleife auf Streams basiert auf dem Consumable functional interface, das die Implementierung einer accept Methode verlangt: Beispiele mit als Lambda implementiertem accept(): list.foreach(x -> x.increaseage()); list.foreach(system.out::println) Programmiermethodik Java 8 19

19 Streams (3) Streams können auch ohne foreach verwendet werden. Dazu gibt es etwa die Collections.stream, Arrays.stream oder die Collections.parallelStream Methoden Streams wurden für viele Anwendungen definiert: Für das Arbeiten mit Dateien und Verzeichnissen (etwa mit Files.lines) Patterns (bei RegularExpressions) können gestreamt werden Die Klasse Stream kann für beliebige Typen verwendet werden (mit Hilfe der Methode Stream.of()) Unendliche Streams sind definiert (Stream.iterate(i, i -> i+1)) 20

20 Streams (4) Map/Filter/Reduce Verfahren können nun einfach umgesetzt werden (und auch parallelisiert werden): Input-Daten [Ops]* [Terminal Op] Output-Daten Methoden, die angewendet werden können (Auszug): Map Filter Aggregationen wie Sum Methoden, die am Schluss auf den Stream angewendet werden können (terminal ops): foreach Reduce 21

21 Streams (4) List<Transaction> grocerytransactions = new Arraylist<>(); for(transaction t: transactions){ if(t.gettype() == Transaction.GROCERY){ grocerytransactions.add(t); Collections.sort(groceryTransactions, new Comparator(){ public int compare(transaction t1, Transaction t2){ return t2.getvalue().compareto(t1.getvalue()); ); List<Integer> transactionids = new ArrayList<>(); for(transaction t: grocerytransactions){ transactionsids.add(t.getid()); Beispiel und Grafiken entnommen aus html Programmiermethodik Java 8 22

22 Streams (4) List<Integer> transactionsids = transactions.stream().filter(t -> t.gettype() == Transaction.GROCERY).sorted(comparing(Transaction::getValue).reversed()).map(Transaction::getId).collect(toList()); Beispiel und Grafiken entnommen aus html Programmiermethodik Java 8 23

23 Streams (5) Beispiel und Grafiken entnommen aus html Programmiermethodik Java 8 24

24 Optional (1) Optional wurde als neue Klasse eingeführt, um NullPointerExceptions vorzubeugen. Angelehnt an funktionale Programmiersprachen. Beispiel (ohne Optional): String version = computer.getsoundcard().getusb().getversion(); Alternative (?): String version = "UNKNOWN"; if(computer!= null) { Soundcard soundcard = computer.getsoundcard(); if(soundcard!= null) { USB usb = soundcard.getusb(); if(usb!= null) { version = usb.getversion(); Beispiel entnommen aus 25

25 Optional (2) public class Computer { private Optional<Soundcard> soundcard; public Optional<Soundcard> getsoundcard() { public class Soundcard { private Optional<USB> usb; public Optional<USB> getusb() {... public class USB{ public String getversion(){... Beispiel entnommen aus Programmiermethodik Java 8 26

26 Optional (3) Optional.of() kann als Wrapper um einen Wert verwendet werden, um null zu vermeiden Optional.isPresent() kann für bisherige Prüfungen verwendet werden Optional.ifPresent(Consumer) wird verwendet, um eine Aktion durchzuführen, wenn Werte gesetzt sind: optionalsoundcard.map(soundcard::getusb).filter(usb -> "3.0".equals(usb.getVersion()).ifPresent(() -> System.out.println("ok")); 27

27 Java 8: Nicht-funktionale Erweiterungen

28 Default Methoden (1) Default Methoden sind Teile von Interfaces, welche eine Implementierung beinhalten. Neben Default-Methoden, können auch static Methoden ausprogrammiert werden. Der Hauptunterschied zu abstrakten Klassen ist darin zu sehen, dass es große Unterschiede bei der Vererbung gibt (eine Klasse kann mehrere Interfaces implementieren). Es kommt zu einem Compiler-Fehler, wenn eine Subklasse zwei Interfaces implementiert, welche Default Methoden mit gleichem Namen beinhalten (siehe nächstes Beispiel). 29

29 Default Methoden (2) Beispiel: public interface A { default void foo() { System.out.println("Calling A.foo()"); public interface B { default void foo() { System.out.println("Calling B.foo()"); public class MySubclass implements A, B { // führt zu Compiler-Fehler 30

30 Default Methoden (3) Beispiel: public interface A { default void foo() { System.out.println("Calling A.foo()"); public interface B { default void foo() { System.out.println("Calling B.foo()"); public class MySubclass implements A, B { default void foo() { A.super.foo(); // OK (jede Implementierung ist ok) 31

31 Type Annotations Type Annotations sind Annotationen, welche überall dort verwendet werden können, wo ansonsten Typen stehen. Gedacht sind Type Annotations, um eine bessere Validierung zu ermöglichen (dafür gibt es etwa Frameworks, welche die Überprüfung übernehmen; z.b. das Checker Framework). Beispiel: final String mystring = (@NonNull String) str; Range Checks, etc. 32

32 Repeating Annotations Mit Type Annotations wurden auch Repeating Annotations eingeführt. Damit kann ab Java8 kann die selbe Annotation mehrfach für eine Methode/Typ/Klasse verwendet werden Bei selbst definierten Annotationen verwendet man Beispiel = = last ) public void doperiodiccleanup() {... Weitere Informationen: 33

33 Änderungen mit Java 8

34 Nashorn (1) Nashorn ersetzt Rhino als JavaScript-Interpreter. Damit wird es möglich, JavaScript Code auf der JVM auszuführen. Nashorn verwendet invokedynamic und ermöglicht damit eine bessere Performance (3-5 mal). Das Kommandozeilentool jjs wurde in Java 8 eingeführt und ruft die Nashorn-Engine auf. Die Verwendung ist auch direkt im Java Code möglich (siehe Beispiel). 35

35 Nashorn (2) Beispiel: import javax.script.scriptengine; import javax.script.scriptenginemanager; // ScriptEngineManager enginemanager = new ScriptEngineManager(); ScriptEngine engine = enginemanager.getenginebyname("nashorn"); // engine.eval("function myprint(s) { print(s); "); engine.eval("myprint('hello Nashorn');"); 36

36 Nashorn (3) Beispiel (mit invokefunction): import javax.script.scriptengine; import javax.script.scriptenginemanager; // ScriptEngineManager enginemanager = new ScriptEngineManager(); ScriptEngine engine = enginemanager.getenginebyname("nashorn"); // Invocable inv = (Invocable) engine; engine.eval("function myprint(s) { print(s); "); inv.invokefunction("myprint", "Hello Nashorn2"); 37

37 Date & Time API Als ein Nachteil von Java kann die komplexe Arbeitsweise mit Datums- und Zeitfunktionen angesehen werden (etwa ist SimpleDateFormat nicht thread-safe) Deshalb wurde eine neue API eingeführt, welche an die Library Yoda Time angelehnt ist. Für Datums- und Zeitoperationen können nun neue Klassen verwendet werden: LocalDate Datum (also Tag, Monat, Jahr) LocalTime Zeit (innerhalb eines Tages) LocalDateTime Datum und Zeit 38

38 JavaFX (1) Für grafische Oberflächen sollte kein Swing mehr verwendet werden (AWT ist sogar schon länger als deprecated eingestuft) Ab Java8 finden sich alle benötigten Teile für JavaFX im JRE (gilt für Oracle Java, nicht für OpenJDK). Damit ist nun JavaFX8 die empfohlene Methode, grafische (Desktop)Applikationen umzusetzen. JavaFX8 nutzt verstärkt Lambdas und ermöglicht somit eine einfachere Programmierung von GUIs 39

39 JavaFX (2) Das Theme Modena ist nun die Standardeinstellung, womit Oberflächen moderner aussehen als mit JavaFX2 (und/oder Swing, AWT) Mit Java 8 erhielt JavaFX vollen 3D Support. Weitere Informationen 40

40 Metaspace PermGen wurde abgelöst durch den so genannten Metaspace. Der nun verwendete Metaspace wird im nativem Speicher verwaltet. Die Parameter XX:PermSize und XX:MaxPermSize sind nicht mehr verfügbar und werden ignoriert Einstellungen für den Metaspace können vorgenommen werden (etwa ein Größenlimit), sind aber nur in Ausnahmefällen notwendig 41

41 Ausblick

42 Ausblick Java 9-Release für Herbst 2016 geplant. Vermutete, neue Features: Project Jigsaw - Modulsystem Neue HTTP2-Client-API Kulla: jshell als Read-Eval-Print-Loop Einfachen Programmcode direkt ausführen Neuer Garbage-Collector (G1) Neue API zur Verwaltung von Betriebssystem-Prozessen JSON-API (Parsen von JSON-Streams) (mittlerweile fragwürdig) 43

43 Literatur

44 Literatur [Davis 2014] Adam Davis, What s new in Java8, 2014 (Project Lambda) (Method References) (Optional) html (Repeating Annotations) (Nashorn) html (JavaFX) html (Project Jigsaw) 45