【泛型与Java 8特性】：Stream API结合泛型的强大用法

# 1. 泛型与Java 8特性概述

Java作为一门历史悠久的编程语言，在其发展的历程中不断引入新的特性和改进，其中泛型和Java 8引入的特性尤其引人瞩目。本章首先为读者提供泛型与Java 8特性的概述，让读者对接下来的学习内容有一个初步的认识和期待。

## 1.1 泛型与Java 8特性的核心价值

泛型和Java 8的特性对于Java语言的发展起到了革命性的作用。泛型提供了一种在编译时检查集合元素类型的方法，增加了代码的复用性和类型安全，而Java 8的新特性，如Lambda表达式、方法引用、Stream API等，则进一步提高了Java的表达力和函数式编程能力，使得编写高效且简洁的代码成为可能。

## 1.2 泛型与Java 8特性在现代Java开发中的地位

在当今的Java开发实践中，泛型和Java 8特性已经被广泛地应用在各种框架和库的设计与实现中。掌握这些特性不仅能够提升开发者的编程能力，还能帮助他们更好地理解和利用现有的工具，提高代码质量并优化性能。

## 1.3 本章小结

本章为读者简要介绍了泛型和Java 8特性的重要性及其在Java开发中的地位。为了深入理解并应用这些技术，接下来的章节将详细探讨泛型的基础知识、Java 8的新特性，以及它们在实际开发中的融合应用和最佳实践。

# 2. 泛型基础

### 2.1 泛型的概念与优势
#### 2.1.1 泛型的基本定义
在编程语言中，泛型是一种编程范式，允许程序员在定义算法或数据结构时不指定具体的数据类型，而是在创建或实例化时才指定数据类型。Java泛型在JDK 5.0时引入，通过使用尖括号`< >`来包含类型参数，可以将类型参数化，从而使得代码更加强大且灵活。

一个典型的泛型类的例子是Java集合框架中的`ArrayList`类。在没有泛型之前，`ArrayList`内部只能存储`Object`类型的元素，使用时需要进行显式类型转换：

ArrayList list = new ArrayList();
list.add("Hello");
list.add(100);
String str = (String) list.get(0);  // 类型转换

引入泛型后，可以指定存储在`ArrayList`中的具体类型，减少了类型转换错误的可能性：

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
list.add(100); // 编译器错误，因为int不能被添加到String类型的ArrayList中
String str = list.get(0); // 自动类型转换

#### 2.1.2 泛型的优势分析
使用泛型有以下优势：

- **类型安全**：泛型提供了更强的类型检查，能够捕获在编译时期就发生的类型错误。
- **代码复用**：减少了强制类型转换，避免了类型相关的错误，从而让程序员能够重用代码。
- **清晰的API设计**：能够清晰地表达集合中元素的类型，使得API的使用者能够更容易理解API的使用方式。

### 2.2 泛型在集合框架中的应用
#### 2.2.1 集合框架的泛型改进
Java集合框架是泛型应用最广泛的领域之一。通过泛型，集合框架中的类可以支持任意类型的对象。例如，`Set`接口就可以定义为`Set<T>`，表示`Set`集合中元素的类型为`T`。

Set<String> names = new HashSet<>();
names.add("Alice");
names.add("Bob");
for (String name : names) {
    System.out.println(name);
}

这段代码创建了一个`Set`，其中仅能存储`String`类型的元素。尝试插入非`String`类型的对象将导致编译错误。

#### 2.2.2 自定义泛型类和接口
除了使用Java集合框架提供的泛型集合外，开发者也可以创建自己的泛型类或接口。泛型类可以将类型参数化，从而创建灵活且通用的数据结构和算法。

例如，定义一个简单的泛型`Pair`类：

public class Pair<T1, T2> {
    private T1 first;
    private T2 second;

    public Pair(T1 first, T2 second) {
        this.first = first;
        this.second = second;
    }

    public T1 getFirst() {
        return first;
    }

    public T2 getSecond() {
        return second;
    }
}

这个`Pair`类可以用来存储两种类型的对象，具体类型在创建`Pair`实例时指定。

### 2.3 泛型的类型擦除与边界
#### 2.3.1 类型擦除的原理
泛型信息只存在于源代码和编译时期。在编译成.class文件时，泛型信息会被擦除，并替换为它们的限定类型（通常是Object）。这个过程称为类型擦除。

类型擦除带来了一些限制：

- 泛型类型不能用作静态方法和静态变量的类型。
- 不能创建泛型类型的实例。

尽管有这些限制，类型擦除并不妨碍泛型在运行时提供类型安全。

#### 2.3.2 泛型的类型边界与通配符
泛型通配符`?`用来表示未知的类型，主要用在方法的参数中，表示接受某一类型的泛型类。通配符可以用上界或下界来限制类型参数的范围。

public void printAll(List<? extends Number> list) {
    for (Number number : list) {
        System.out.println(number);
    }
}

上面的方法接受任何`Number`或其子类的`List`，提供了灵活性，同时保证了类型安全。

通配符与泛型边界一起使用时，可以定义更复杂的泛型类型关系，使得在集合中操作类型更加灵活。

# 3. Java 8特性解析

## 3.1 Java 8的新特性概览

Java 8作为Java历史上的一个重要版本，带来了许多新特性，这些新特性不仅提高了开发效率，而且增强了代码的表达力和可读性。其中，最引入注目的就是Lambda表达式、方法引用与构造器引用，它们为Java语言添加了函数式编程的能力。

### 3.1.1 Lambda表达式

Lambda表达式是Java 8引入的一种简洁表示匿名内部类的方法。它可以将行为作为参数传递给方法，或者从方法返回。Lambda表达式大大简化了那些只能使用一次的匿名类的代码，使代码更加简洁易读。

// 示例代码：Lambda表达式使用
List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
names.forEach(name -> System.out.println(name));

在上述代码中，Lambda表达式`name -> System.out.println(name)`简化了传统的匿名类写法，直接传递行为。

### 3.1.2 方法引用与构造器引用

方法引用是Lambda表达式的一种特殊形式，它通过命名一个已存在的方法来使用Lambda表达式的简洁语法。构造器引用是方法引用的一个子类，专门用于引用类的构造器。

// 方法引用示例
List<String> sortedNames = names.stream().sorted(String::compareTo).collect(Collectors.toList());

// 构造器引用示例
Function<String, Integer> stringToLength = String::length;

在第一个示例中，`String::compareTo`方法引用代替了Lambda表达式来排序字符串。在第二个示例中，`String::length`是构造器引用的用法，用于获取字符串长度。

## 3.2 Java 8的函数式接口

Java 8引入了函数式接口的概念，用于支持Lambda表达式的使用。函数式接口是指只有一个抽象方法的接口，这样的接口可以隐式地转换为Lambda表达式。

### 3.2.1 常用函数式接口介绍

Java 8在`java.util.function`包中提供了多种函数式接口，包括`Function<T,R>`, `Consumer<T>`, `Supplier<T>`, `Predicate<T>`等，它们分别用于处理不同的场景。

// Consumer<T> 示例
Consumer<String> printConsumer = System.out::println;
printConsumer.accept("Hello World!");

// Predicate<T> 示例
Predicate<String> isLongerThanFive = str -> str.length() > 5;

上述代码中，`Consumer<String>`用于消费字符串，而`Predicate<String>`用于断言