Javakurs für Fortgeschrittene

Transkript

1 Javakurs für Fortgeschrittene Einheit 10: Eigenschaften und Neuerungen in Java 8 Lorenz Schauer Lehrstuhl für Mobile und Verteilte Systeme

2 Heutige Agenda Neurungen in Java 8 Motivation Lambda-Ausdrücke Methoden-Referenzen Default-Methoden in Collections Streams und Lambdas Operationen Beispiele Praxis: Arbeiten mit Streams und Lambda Lernziele Sehen, was Java 8 Neues bringt Funktionale Sprachelemente in Java 8 kennenlernen und anwendne Umgang mit Streams und Lambdas verstehen Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 2

3 Geschichtliches: Seit Java 5 Diskussionen um Spracherweiterung für funktionale Programmierung: Closure-Debatte Seit 2009: Notwendigkeit für Lambda-ähnliche Konstrukte Standard in anderen Programmiersprachen Einfache Unterstützung für Parallelisierung gesucht Aus Closures entwickelten sich: Lambda-Ausdrücke Methoden- Motivation und Konstruktorreferenzen Fester Bestandteil in Java Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 3

4 Lambda-Ausdrücke Wir erinnern uns (letzte Stunde): Ein Objekt, welches Iterable implementiert kann das Ziel einer for-each- Schleife sein. Alle Collection-Klassen implementieren Iterable und damit kann eine foreach-schleife immer über diese Sammlungen laufen: Collection<String> mylist = new LinkedList<String>(); for ( String s : mylist ) System.out.println( s ); Nachteil: Nur sequentielle Verarbeitung der Elemente einer Collection Keine Trennung von Iteration und Verarbeitung Keine Parallelisierung Daher: Erweiterung des Iterable Interfaces in Java 8 um die Methode foreach(consumer<? super T> action) Iterieren über die Liste und Verarbeitung der Elemente nun getrennt Parallelisierbar Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 4

5 Lambda-Ausdrücke // Verwendung von foreach mylist.foreach(new Consumer<String>(){ public void accept(string arg0) { System.out.println(arg0); } Dieser Code sieht dafür etwas unschön aus. Aber: Consumer<? super T> ist ein funktionales Interfaces Daher: Verwendung eines Lambda-Ausdrucks möglich: // Verwendung von Lambda-Expression: mylist.foreach((string element) -> System.out.println(element) ); // Oder auch: mylist.foreach((element) -> System.out.println(element) ); // Oder auch: mylist.foreach(element -> System.out.println(element) ); // Oder auch: mylist.foreach(system.out::println); Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 5

6 Lambda-Ausdrücke: Syntax Allgemeine Syntax: (Argumentenliste) -> Body Bsp 1: (int x, int y) -> x+y Bsp 2: (e) -> {System.out.println(e);} Der Body kann: Ein einfacher Ausdruck sein Wertet die Argumente aus der Argumentenliste nach dem Ausdruck aus und gibt das Ergebnis zurück Oder ein ganzer {Block} sein Block wird wie eine Methode ausgewertet -> Rückgabe über return Statement Passt zu jedem Funktionsinterface, dessen einzige Methode die passende Parameterliste und den passenden Ergebnistyp verlangt. // Beispiele: () -> 15 // Keine Parameter, Rückgabe: int (int a) -> a + a // Parameter: 1 int, Rückgabe: int (s) -> System.out.println(s) // Typ implizit! //Eingabe und Rückgabe: String (e) -> System.out.println("Click") // Typ implizit! Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 6

7 // Früher: Bekannte Beispiele Runnable r = new Runnable() public void run() { System.out.println("Hallo"); } }; Thread t1 = new Thread(r); t1.start(); Lambdas für Runnable // Jetzt: Runnable r = () -> System.out.println("Hallo"); Thread t1 = new Thread(r); t1.start(); // Früher: Lambdas für ActionEvents testbutton.addactionlistener(new public void actionperformed(actionevent e){ System.out.println("Click"); } }); // Jetzt: testbutton.addactionlistener(e -> System.out.println("Click")); Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 7

8 Methoden-Referenzen Methoden-Referenzen referenzieren Methoden ohne sie dabei aufzurufen. Allg. Syntax: Receiver::Methodennamen Wichtig dabei ist wieder: Parametertypen und Return-Typen müssen übereinstimmen und aus dem Kontext ersichtlich sein! Es gibt folgende Methodenreferenzen: Statische Methode: Klassenname::Methodenname Instanzmethode: objektname::methodenname Bestimmter Typ: Typ::Methodenname Konstruktor: Klassenname::new // Beispiele: Person::compareByAge // Statische Methodenreferenz myobject::dosomething // Referenz auf eine Instanzmethode String::compareToIgnoreCase // Referenz auf eine String-Methode HashSet::new // Referenz auf einen Konstruktor Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 8

9 Noch mehr Beispiele // Beispiel 1: ArrayList<String> mylist = new ArrayList<String>(Arrays.asList("element1","element2","element3")); // Druchlaufen mit foreach und Lambda: mylist.foreach(element -> System.out.println(element) ); // Durchlaufen mit foreach und einer Methodenreferenz: mylist.foreach(system.out::println); // Beispiel 2: public class Programm { public void dosomething(){ System.out.println("Hallo"); System.out.println("Und noch mehr"); } } public static void main(string[] args) { Programm p = new Programm(); Runnable r = p::dosomething; r.run(); } Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 9

10 Default-Methoden Wdh Folie 4: Erweiterung des Iterable Interfaces in Java 8 um die Methode foreach(consumer<? super T> action) Eine Implementierende Klasse muss alle Methoden eines Interfaces implementieren! Was bedeutet das nun für älteren Code, wo es foreach noch nicht gab? Einführung von Default-Methoden in Java 8! Stellen eine Default-Implementierung der Methode bereit Kann überschrieben werden, muss aber nicht! Außer: Eine Klasse implementiert 2 Interfaces mit gleicher Default-Methode // Beispiel: foreach im Interface Iterbale default void foreach(consumer<? super T> action) { Objects.requireNonNull(action); for (T t : this) { action.accept(t); } } // Realisiert im Prinzip das Durchlaufen einer Collection // Die accept-methode des Interfaces Consumer muss spezifiziert werden Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 10

11 Default-Methoden und Collections Auch das Collection Framework bekommt in seinem Interface Collection<T> neue (Default)-Methoden: default Stream<E> parallelstream() default Stream<E> stream() default Spliterator<E> spliterator() Wir wollen uns im Folgenden diese Streams genauer anschauen Streams hatten wir bereits in der 1. Kursstunde Sie stellen Folgen von Werten dar Bsp.: Inputstream, Outputstream, Wir können aber auch Streams nutzen, um Elemente in einer Art Pipeline zu aggregieren, transformieren oder zu filtern. Vorteil: Parallelisierbarkeit! Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 11

12 Streams Stream<T> extends BaseStream in java.util definiert gängige Methoden für Streams: anymatch, count, empty, max, min, map, filter, findany Streams selbst sind keine Datenstruktur, sondern definieren die Operationen, die auf Datensequenzen angewendet werden sollen I.d.R. 3 Phasen: Erzeugung Bsp.: mycollection.stream() Transformation Bsp.: mycollection.stream().filter( ) Aggregation Bsp.: mycollection.stream().filter( ).foreach( ) Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 12

13 Lambdas und Streams // Beispiel: Collection<String>myList = Arrays.asList("Hello","Java"); long countlongstrings = mylist.stream().filter(new Predicate<String>() public boolean test(string element) { return element.length() > 4; } }).count(); // Erzeugung // Transformation // Aggregation Dieser Code wäre wieder sehr unschön. Hier helfen uns wieder die Lambda-Ausdrücke für eine besser Lesbarkeit und kürzerem Code: Collection<String> mylist = Arrays.asList("Hello","Java"); long countlongstrings = mylist.stream() // Erzeugung.filter(element -> element.length() > 4) // Transformation.count(); // Aggregation Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 13

14 Stream Operationen Streams erzeugen: Entweder über das Collectioninterface stream() bzw. parallelstream() Oder mittels Generatoren: IntStream.rangeClosed(5, 50) Stream.of(4,6,10,34,100) Stream.iterate(0, n -> n + 30) Aus Dateien: Files.lines(Paths.get("myFile.txt"), Charset.defaultCharset()); Stream.filter() stellt eine sog. intermediate operation dar: D.h.: Die Eingabe wird bearbeitet und als modifizierter Stream zurückgegeben (Transformation) Weitere intermediate operations: map, sorted, unsorted, distinct, limit, peek, Stream.count() ist eine sog. terminal operation: D.h.: Die Operation steht am Ende der Pipeline und gibt das Ergebnis zurück (Aggregation) Weitere terminal operations (nicht alle für Streams definiert): sum, min, max, reduce, findfirst, Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 14

15 Beispiele List<Integer> myintlist = new LinkedList<Integer>(Arrays.asList(1,3,6,8,9,23,5,2,56,54,24,7,53,253)); long listcount = myintlist.stream().count(); myintlist.stream().filter(x-> x%2 == 0).forEach(System.out::println); myintlist.stream().filter(x-> x%2 == 0).map(x -> x * x).foreach(system.out::println); myintlist.stream().filter(x-> x%2 == 0).map(x -> x * x).sorted().limit(4).foreach(system.out::println); Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 15

16 Neben dem generischeren Interface Stream, gibt es auch noch speziellere Streams für primitive Datentypen, die speziellere Methoden (avg, sum, ) anbieten: DoubleStream IntStream LongStream Weitere (besondere) Streams Umwandlung erfolgt über die Methode: Stream.mapToDouble(ToDoubleFunction<? super T> mapper) maptoint(tointfunction<? super T> mapper) maptolong(tolongfunction<? super T> mapper) Gegenrichtung mit boxed(): Bsp.: myintstream.boxed() -> Stream<Integer> Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 16

17 Aufgabe zu Streams und Lambdas 1 Schreiben Sie ein einfaches Programm, welches zunächst eine Liste (Bsp.: Array- List, LinkedList, o.ä.) erzeugt und diese mit 100 Integer-Zufallszahlen füllt. Erzeugen Sie einen Stream auf dieser Liste und implementieren Sie dann die folgenden Anfragen: Lassen Sie sich alle Zahlen geordnet ausgeben (absteigend und aufsteigend) Lassen Sie sich alle ungeraden Zahlen ausgeben! Wie viele Zahlen befinden sich in Ihrer Liste, die durch 4 teilbar sind? Welche ist die größte bzw. kleinste Zahl in Ihrer Liste? Berechnen Sie die Quadratsumme der Zahlen und geben Sie das Ergebnis aus Berechnen Sie den Durchschnitt der Zahlen und geben Sie das Ergebnis aus Addieren Sie auf jede Zahl zunächst eine 5 und lassen Sie sich die Elemente ausgeben, die größer sind als Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 17

18 Aufgabe zu Streams und Lambdas 2 Erzeugen Sie nun eine neue Liste mit String Elementen und befüllen Sie diese Liste manuell mit einigen Vorname. Erzeugen Sie erneut einen Stream auf dieser Liste und implementieren Sie dann die folgenden Anfragen: Lassen Sie sich alle Namen ausgeben, die mit P anfangen Lassen Sie sich alle Namen nur in Kleinbuchstaben ausgeben Lassen Sie sich die Namen sortiert (aufsteigend und absteigend) ausgeben Ist in Ihrer Liste eine Person mit Namen <Beliebiger Name>? Lassen Sie sich den längsten Namen aus Ihrer Liste ausgeben Fügen Sie den Namen, die mit einem s enden, ein Juhuu hinzu und lassen Sie sich diese ausgeben. Hinweise: Wie bei der vorherigen Aufgabe gibt es immer mehrere Möglichkeiten die Anfragen zu stellen. Experimentieren Sie daher ein wenig mit den eben gelernten Sprachelementen! Javakurs 10: Eigenschaften Java 8 - Lorenz Schauer 18