2014年，Oracle发布了新版本Java 8。对于Java来说，这显然是一个具有里程碑意义的版本。它最主要的改进是增加了函数式编程的功能。就目前来说，Java最令人头痛的问题，也是受到最多质疑的地方，应该就是Java烦琐的语法。这样我们不得不花费大量的代码行数，来实现一些司空见惯的功能，以至于Java程序总是冗长的。但是，这一切将在Java 8的函数式编程中得到缓解。
严格来说，函数式编程与我们的主题并没有太大关系，我似乎不应该在这里提及它。但是，在Java 8中新增的一些与并行相关的API，却以函数式编程的范式出现，为了能让大家更好地理解这些功能，我会先简要地介绍一下Java 8中的函数式编程。
6.1 Java 8的函数式编程简介
6.1.1 函数作为一等公民
在理解函数作为一等公民这句话时，让我们先来看一种非常常用的互联网语言JavaScript，相信大家对它都不会陌生。JavaScript并不是严格意义上的函数式编程，不过，它也不是属于严格的面向对象编程。但是，如果你愿意，那么你既可以把它当作面向对象语言，也可以把它当作函数式语言，因此，把JavaScript称为多范式语言可能更加合适。
注意这里each()函数的参数，这是一个匿名函数，在遍历所有的li节点时，会弹出li节点的文本内容。将函数作为参数传递给另外一个函数，这是函数式编程的特性之一。
这也是一段JavaScript代码，在这段代码中，注意函数f1的返回值，它返回了函数f2。在倒数第2行，返回f2函数并赋值给result，实际上，此时的result就是一个函数，并且指向f2。对result的调用，就会打印n的值。
一个函数可以作为另外一个函数的返回值，也是函数式编程的重要特点。
6.1.2 无副作用
函数的副作用指的是函数在调用过程中，除给出了返回值之外，还修改了函数外部的状态
比如，函数在调用过程中修改了某一个全局状态。函数式编程认为，函数的副用作应该被尽量避免
可以想象，如果一个函数肆意修改全局或者外部状态，当系统出现问题时，我们可能很难判断究竟是哪个函数引起的问题，这对于程序的调试和跟踪是没有好处的。如果函数都是显式函数，那么函数的执行显然不会受到外部或者全局信息的影响，因此，对于调试和排错是有益的。
注意：显式函数指函数与外界交换数据的唯一渠道就是参数和返回值，显式函数不会去读取或者修改函数的外部状态。与之相对的是隐式函数，隐式函数除参数和返回值外，还会读取外部信息，或者修改外部信息。
6.1.3 声明式的（Declarative）
函数式编程是声明式的编程方式。命令式（Imperative）程序设计喜欢大量使用可变对象和指令。我们总是习惯于创建对象或者变量，并且修改它们的状态或值，或者喜欢提供一系列指令，要求程序执行。这种编程习惯在声明式的函数式编程中有所变化。对于声明式的编程范式，你不再需要提供明确的指令操作，所有的细节指令将会更好地被程序库封装，你要做的只是提出你的要求，声明你的用意即可。
请看下面一段程序，这是一段传统的命令式编程，为了打印数组中的值，我们需要进行一个循环，并且每次需要判断循环是否结束。在循环体内，我们要明确地给出需要执行的语句和参数。
与之对应的声明式编程代码如下：
可以看到，变量数组的循环体居然消失了！println()函数似乎在这里也没有指定任何参数，在此，我们只是简单地声明了用意。有关循环及判断循环是否结束等操作都被简单地封装在程序库中。
6.1.4 不变的对象
在函数式编程中，几乎所有传递的对象都不会被轻易修改。请看以下代码：
代码第2行看似对每一个数组成员执行了加1的操作。但是在操作完成后，在最后一行打印arr数组所有的成员值时，你还是会发现，数组成员并没有变化！在使用函数式编程时，这种状态是一种常态，几乎所有的对象都拒绝被修改。这非常类似于不变模式。
6.1.5 易于并行
由于对象都处于不变的状态，因此函数式编程更加易于并行。实际上，你甚至完全不用担心线程安全的问题。我们之所以要关注线程安全，一个很重要的原因是当多个线程对同一个对象进行写操作时，容易将这个对象“写坏”。但是，由于对象是不变的，因此，在多线程环境下，也就没有必要进行任何同步操作了。这样有利于并行化，同时，在并行化后，由于没有同步和锁机制，其性能也会比较好。
6.1.6 更少的代码
通常情况下，函数式编程更加简明扼要
请看下面这个例子，对于数组中每一个成员，首先判断是否是奇数，如果是奇数，则执行加1，并最终打印数组内所有成员。
6.2 函数式编程基础
在正式进入函数式编程之前，有必要先了解一下Java 8为支持函数式编程所做的基础性的改进，这里将简要介绍一下FunctionalInterface注释、接口默认方法和方法句柄。
6.2.1 FunctionalInterface注释
Java 8提出了函数式接口的概念。所谓函数式接口，简单地说，就是只定义了单一抽象方法的接口。比如下面的定义：
注释FunctionalInterface用于表明IntHandler接口是一个函数式接口，该接口被定义为只包含一个抽象方法handle()，因此它符合函数式接口的定义。如果一个函数满足函数式接口的定义，那么即使不标注为＠FunctionalInterface，编译器依然会把它看作函数式接口。这有点像＠Override注释，如果你的函数符合重载的要求，无论你是否标注了＠Override，编译器都会识别这个重载函数，但如果你进行了标注，而实际的代码不符合规范，那么就会得到一个编译错误的提示。
这里需要强调的是，函数式接口只能有一个抽象方法，而不是只能有一个方法。
这里需要强调的是，函数式接口只能有一个抽象方法，而不是只能有一个方法。这分两点来说明：首先，在Java 8中，接口运行存在实例方法（参见下节的“接口默认方法”）；其次，任何被java.lang.Object实现的方法，都不能视为抽象方法，因此NonFunc接口不是函数式接口，因为equals()方法在java.lang.Object中已经实现。
函数式接口的实例可以由方法引用或者lambda表达式进行构造，我们将在后面进一步举例说明。
6.2.2 接口默认方法(接口里面竟然可以定义的方法里面可以有方法体,实现类可以不重写接口里的默认方法 ,实现类可以直接拿来用,不需要重写方法,有继承的味道)
在Java 8之前的Java版本，接口只能包含抽象方法。但从Java 8开始，接口也可以包含若干个实例方法。这一改进使得Java 8拥有了类似于多继承的能力。一个对象实例，将拥有来自多个不同接口的实例方法。
注意上述代码中Mule实例同时拥有来自不同接口的实现方法，这在Java 8之前是做不到的。从某种程度上说，这种模式可以弥补Java单一继承的一些不便。但同时也要知道，它也将遇到和多继承相同的问题，如图6.2所示。如果IDonkey也存在一个默认的run()方法，那么同时实现它们的Mule就会不知所措，因为它不知道应该以哪个方法为准。
6.2.3 lambda表达式
lambda表达式可以说是函数式编程的核心。lambda表达式即匿名函数，它是一段没有函数名的函数体，可以作为参数直接传递给相关的调用者，lambda表达式极大地增强了Java语言的表达能力。
和匿名对象一样，lambda表达式也可以访问外部的局部变量，如下所示：
上述代码可以编译通过，正常执行并输出6。与匿名内部对象一样，在这种情况下，外部的num变量必须声明为final，这样才能保证在lambda表达式中合法地访问它。
奇妙的是，对于lambda表达式而言，即使去掉上述的final定义，程序依然可以编译通过！但千万不要以为这样你就可以修改num的值了。实际上，这只是Java 8做了一个小处理，它会自动地将在lambda表达式中使用的变量视为final。
6.2.4 方法引用
方法引用是Java 8中提出的用来简化lambda表达式的一种手段。它通过类名和方法名来定位一个静态方法或者实例方法。
方法引用在Java 8中的使用非常灵活。总的来说，可以分为以下几种。
● 静态方法引用：ClassName::methodName。
● 实例上的实例方法引用：instanceReference::methodName。
● 超类上的实例方法引用：super::methodName。
● 类型上的实例方法引用：ClassName::methodName。
● 构造方法引用：Class::new。
● 数组构造方法引用：TypeName[]::new。
首先，方法引用使用“::”定义，“::”的前半部分表示类名或者实例名，后半部分表示方法名称。如果是构造函数，则使用new表示
对于第一个方法引用“User::getName”，表示User类的实例方法。在执行时，Java会自动识别流中的元素（这里指User实例）是作为调用目标还是调用方法的参数。在“User::getName”中，显然流内的元素都应该作为调用目标，因此实际上，在这里调用了每一个User对象实例的getName()方法，并将这些User的name作为一个新的流。同时，对于这里得到的所有name，使用方法引用System.out::println进行处理。这里的System.out为PrintStream对象实例，因此，这里表示System.out实例的println方法。系统也会自动判断，流内的元素此时应该作为方法的参数传入，而不是调用目标。
如果一个类中存在同名的实例方法和静态函数，那么编译器就会感到很困惑，因为此时，它不知道应该使用哪个方法进行调用。它既可以选择同名的实例方法，将流内元素作为调用目标，也可以使用静态方法，将流元素作为参数。
6.3 一步一步走入函数式编程
lambda表达式。表达式由“->”分割，左半部分表示参数，右半部分表示实现体。因此，我们也可以简单地理解lambda表达式只是匿名对象实现的一种新的方式。实际上，也是这样的。下图使用lambda表达式,并且使用方法引用
addThen()
6.4 并行流与并行排序
Java 8可以在接口不变的情况下，将流改为并行流。这样，就可以很自然地使用多线程进行集合中的数据处理。
6.4.1 使用并行流过滤数据
接着，使用函数式编程统计给定范围内所有的质数。
上述代码是串行的，将它改造成并行计算非常简单，只需要将流并行化即可。parallel()方法得到一个并行流，然后在并行流上进行过滤，此时，PrimeUtil.isPrime()函数会被多线程并发调用，应用于流中的所有元素。记住下面的IntStream和parallel两个方法
6.4.2 从集合得到并行流
在函数式编程中，我们可以从集合得到一个流或者并行流。下面这段代码试图统计集合内所有学生的平均分：
从集合对象List中，我们使用stream()方法可以得到一个流。如果希望将这段代码并行化，则可以使用parallelStream()函数。
可以看到，将原有的串行方式改造成并行执行是非常容易的。
6.4.3 并行排序
除了并行流，对于普通数组，Java 8也提供了简单的并行功能。比如，对于数组排序，我们有Arrays.sort()方法，当然这是串行排序，但在Java 8中可以使用新增的Arrays.parallelSort()方法直接使用并行排序。比如，你可以这样使用：
除了并行排序，Arrays中还增加了一些API用于数组中数据的赋值，比如：
当然，以上过程是串行的。但是只要使用setAll()方法对应的并行版本，你就可以很快将它执行在多个CPU上。
6.5 增强的Future：CompletableFuture
CompletableFuture是Java 8新增的一个超大型工具类。为什么说它大呢？因为它实现了Future接口，而更重要的是，它也实现了CompletionStage接口。CompletionStage接口也是Java 8中新增的，它拥有多达约40种方法！是的，你没有看错，这看起来完全不符合设计中所谓的“单方法接口”原则，但是在这里，它就这么存在了。这个接口拥有如此众多的方法，是为函数式编程中的流式调用准备的。通过CompletionStage接口，我们可以在一个执行结果上进行多次流式调用，以此可以得到最终结果。比如，你可以在一个CompletionStage接口上进行如下调用：
6.5.1 完成了就通知我
CompletableFuture和Future一样，可以作为函数调用的契约。向CompletableFuture请求一个数据，如果数据还没有准备好，请求线程就会等待。而让人惊喜的是，我们可以手动设置CompletableFuture的完成状态。
上述代码在第1～17行定义了一个AskThread线程。它接收一个CompletableFuture作为其构造函数，它的任务是计算CompletableFuture表示的数字的平方，并将其打印。代码第20行，我们创建一个CompletableFuture对象实例。第21行，我们将这个对象实例传递给这个AskThread线程，并启动这个线程。此时，AskThread在执行到第12行代码时会阻塞，因为CompletableFuture中根本没有它所需要的数据，整个CompletableFuture处于未完成状态。第23行用于模拟长时间的计算过程。当计算完成后，可以将最终数据载入CompletableFuture，并标记为完成状态（第25行）。当第25行代码执行后，表示CompletableFuture已经完成，因此AskThread就可以继续执行了。
6.5.2 异步执行任务
通过CompletableFuture提供的进一步封装，我们很容易实现Future模式那样的异步调用。比如：
6.5.3 流式调用
在前文中我已经提到，CompletionStage的40个接口是为函数式编程做准备的。在这里，就让我们看一下，如何使用这些接口进行函数式的流式API调用。
我们在第15行执行CompletableFuture.get()方法，目的是等待calc()函数执行完成。由于CompletableFuture异步执行的缘故，如果不进行这个等待调用，那么主函数不等calc()方法执行完毕就会退出，随着主线程的结束，所有的Daemon线程都会立即退出，从而导致calc()方法无法正常完成。
6.5.4 CompletableFuture中的异常处理
如果CompletableFuture在执行过程中遇到异常，那么我们可以用函数式编程的风格来优雅地处理这些异常。CompletableFuture提供了一个异常处理方法exceptionally()：
6.5.5 组合多个CompletableFuture
CompletableFuture还允许你将多个CompletableFuture进行组合。一种方法是使用thenCompose()方法,一个CompletableFuture可以在执行完成后，将执行结果通过Function接口传递给下一个CompletionStage实例进行处理（Function接口返回新的CompletionStage实例）：
另外一种组合多个CompletableFuture的方法是thenCombine()方法
方法thenCombine()首先完成当前CompletableFuture和other的执行。接着，将这两者的执行结果传递给BiFunction（该接口接收两个参数，并有一个返回值），并返回代表BiFunction实例的CompletableFuture对象。
上述代码中，首先生成两个CompletableFuture实例（第6～7行），接着使用thenCombine()方法组合这两个CompletableFuture，将两者的执行结果进行累加（由第9行的(i, j) -> (i + j)实现），并将其累加结果转为字符串输出。
6.5.6 支持timeout的 CompletableFuture
在JDK 9以后CompletableFuture增加了timeout功能。如果一个任务在给定时间内没有完成，则直接抛出异常。
6.6 读写锁的改进：StampedLock
StampedLock是Java 8中引入的一种新的锁机制，可以认为它是读写锁的一个改进版本。读写锁虽然分离了读和写的功能，使得读与读之间可以完全并发。但是，读和写之间依然是冲突的。读锁会完全阻塞写锁，它使用的依然是悲观的锁策略，如果有大量的读线程，它也有可能引起写线程的“饥饿”。
6.7 原子类的增强
在之前的章节中已经提到了原子类的使用，无锁的原子类操作使用系统的CAS指令，有着远远超越锁的性能，是否有可能在性能上更上一层楼呢？答案是肯定的。Java 8引入了LongAdder类，它在java.util.concurrent.atomic包下，因此，可以推测，它也使用了CAS指令
6.7.1 更快的原子类：LongAdder
LongAdder使用了热点分离的方法,类似concurrentHashMap的多段锁,降低锁粒度
6.8 ConcurrentHashMap的增强
在JDK 1.8以后，ConcurrentHashMap有了一些API的增强，其中很多增强接口与lambda表达式有关，这些增强接口大大方便了应用的开发。
6.8.1 foreach操作
新版本的ConcurrentHashMap增加了一些foreach操作，如下所示。
6.8.2 reduce操作
和foreach操作类似，reduce操作对Map的数据进行处理的同时会将其转为另一种形式。可以认为这是foreach操作的Function版本。图6.6显示了支持的reduce操作。
下面是一个reduce操作的示例，用于并行计算ConcurrentHashMap中所有value的总和。第一个参数parallelismThreshold表示并行度，表示一个并行任务可以处理的元素个数（估算值）。如果设置为Long.MAX_VALUE，则表示完全禁用并行，设置为1则表示使用最大并行可能。
6.8.3 条件插入computeIfAbsent()
在应用开发中，一个十分常见的场景是条件插入，即当元素不存在时需要创建并且将对象插入Map中，而当Map中已经存在该元素时，则直接获得当前在Map中的元素，从而避免多次创建。这样可以起到对象复用的功能，对于大型重量级对象有很好的优化效果。
上述代码第12～18行，首先判断对象是否存在，如果不存在则创建并返回，如果存在，则直接返回该对象。代码实现比较简单，但是忽略了一个问题，那就是这段代码不是线程安全的。当多个线程同时访问getOrCreate()方法时，还是可能出现重复创建对象的情况。简单的处理方法是将getOrCreate()方法设置为同步方法，但这样做会极大地降低该方法的性能。同时，这里所说的重复创建对象的可能性也很小，仅仅可能发生在第一次创建对象前后。一旦对象创建，就不再需要同步了。因此，在这种场合我们迫切地需要一种线程安全的高效方法—computeIfAbsent()函数。
6.8.4 search操作
基于ConcurrentHashMap还可以做并发搜索，图6.7中有几个搜索函数。
6.8.5 其他新方法
1.mappingCount()方法返回Map中的条目总数。有别于size()方法，该方法返回是long型数据。因此，当元素总数超过整数最大值时，应该使用这个方法。同时，该方法并不返回精确值，如果在执行该方法时，同时存在并发的插入或者删除操作，则结果是不准确的。
2.newKeySet()方法在JDK中，Set的实现依附于Map，实际上，Set是Map的一种特殊情况。如果需要一个线程安全的高效并发HashSet，那么基于ConcurrentHashMap的实现是最好的选择。该方法是一个静态工厂方法，返回一个线程安全的Set。
