Java 8 功能 – 終極指南（第 2 部分）

翻譯文章Java 8 Features – The ULTIMATE Guide的第二部分。第一部分在這裡（連結可能會更改）。

5. Java 8函式庫的新特性

Java 8 增加了許多新類別並擴展了現有類，以更好地支援現代並發、函數式程式設計、日期/時間等。

5.1. 類別 可選

著名的NullPointerException是迄今為止 Java 應用程式失敗的最常見原因。很早以前，Google 的優秀專案Guava就提出了Optional一種解決方案NullPointerException，從而防止程式碼被 null 檢查污染，從而鼓勵編寫更乾淨的程式碼。受 Google 啟發的 Guava 類別Optional現在是 Java 8 的一部分。 Optional它只是一個容器：它可以包含一個值或某種類型Т，或只是 null。它提供了許多有用的方法，因此顯式空檢查不再合理。請參閱官方文件以獲取更詳細的資訊。讓我們來看看兩個使用的小例子Optional：帶 null 和不帶 null。

Optional<String> fullName = Optional.ofNullable( null );
System.out.println( "Full Name is set? " + fullName.isPresent() );
System.out.println( "Full Name: " + fullName.orElseGet( () -> "[none]" ) );
System.out.println( fullName.map( s -> "Hey " + s + "!" ).orElse( "Hey Stranger!" ) );

如果實例包含非空值，則 該方法isPresent()傳回true ，否則傳回false。如果結果包含 null，則該方法包含一個回退機制，接受函數來產生預設值。map ()方法轉換目前值並傳回一個新實例。該方法與 類似，但它採用預設值而不是函數。這是該程式的輸出： OptionalorElseGet()OptionalOptionalOptionalorElse()orElseGet()

Full Name is set? false
Full Name: [none]
Hey Stranger!

讓我們快速看一下另一個例子：

Optional<String> firstName = Optional.of( "Tom" );
System.out.println( "First Name is set? " + firstName.isPresent() );
System.out.println( "First Name: " + firstName.orElseGet( () -> "[none]" ) );
System.out.println( firstName.map( s -> "Hey " + s + "!" ).orElse( "Hey Stranger!" ) );
System.out.println();

結果會是這樣的：

First Name is set? true
First Name: Tom
Hey Tom!

更詳細的資訊請參考官方文件。

5.2. 流

新加入的 Stream API ( java.util.stream) 引入了 Java 中真正的函數式程式設計。它是迄今為止 Java 庫中最全面的補充，使 Java 開發人員的效率顯著提高，並且使他們能夠創建高效、乾淨和簡潔的程式碼。Stream API 讓處理集合變得更加容易（但不限於它們，我們稍後會看到）。我們以一個簡單的類別為例Task。

public class Streams  {
    private enum Status {
        OPEN, CLOSED
    };

    private static final class Task {
        private final Status status;
        private final Integer points;

        Task( final Status status, final Integer points ) {
            this.status = status;
            this.points = points;
        }

        public Integer getPoints() {
            return points;
        }

        public Status getStatus() {
            return status;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return String.format( "[%s, %d]", status, points );
        }
    }
}

任務有一定的意義（或偽難度），可以是OPEN或CLOSE。讓我們介紹一小部分可以解決的問題。

final Collection<Task> tasks = Arrays.asList(
    new Task( Status.OPEN, 5 ),
    new Task( Status.OPEN, 13 ),
    new Task( Status.CLOSED, 8 )
);

我們要了解的第一個問題是OPEN任務目前包含 多少分？在 Java 8 之前，通常的解決方案是使用迭代器foreach。但在 Java 8 中，答案是流：支援順序和平行聚合操作的元素序列。

// Подсчет общего количества очков всех активных задач с использованием sum()
final long totalPointsOfOpenTasks = tasks
    .stream()
    .filter( task -> task.getStatus() == Status.OPEN )
    .mapToInt( Task::getPoints )
    .sum();

System.out.println( "Total points: " + totalPointsOfOpenTasks );

控制台輸出將如下所示：

Total points: 18

讓我們看看這裡發生了什麼。首先，任務集合被轉換為流表示。然後，該操作filter會過濾掉所有處於CLOSED狀態的任務。在下一步中，該操作使用每個實例的方法mapToInt將流轉換Task為流。最後，使用 方法 對所有點進行求和，從而提供最終結果。在繼續下一個範例之前，需要記住一些有關線程的注意事項（更多詳細資訊請參見此處）。操作分為中間操作和最終操作。 中間操作返回一個新流。它們總是很懶惰；當執行諸如 之類的中間操作時，它們實際上並不執行過濾，而是創建一個新流，該新流在完成後包含與給定謂詞匹配的原始流的元素。 有限運算（例如和）可以透過流傳遞以產生結果或副作用。一旦最終操作完成，該流就被視為已使用，並且不能再次使用。幾乎在所有情況下，最終操作都傾向於透過底層資料來源來完成其遍歷。執行緒的另一個有價值的特性是對並行進程的開箱即用的支援。讓我們來看看這個例子，它找到所有問題的分數總和。 IntegerTask::getPointsTasksumstreamfilterforEachsum

// Calculate total points of all tasks
final double totalPoints = tasks
   .stream()
   .parallel()
   .map( task -> task.getPoints() ) // or map( Task::getPoints )
   .reduce( 0, Integer::sum );

System.out.println( "Total points (all tasks): " + totalPoints );

這與第一個範例非常相似，只不過我們嘗試並行處理所有任務並使用方法計算最終結果reduce。這是控制台輸出：

Total points (all tasks): 26.0

通常需要根據特定標準對元素進行分組。該範例演示了線程如何幫助解決此問題。

// Группировка задач по их статусу
final Map<Status, List<Task>> map = tasks
    .stream()
    .collect( Collectors.groupingBy( Task::getStatus ) );
System.out.println( map );

控制台輸出如下：

{CLOSED=[[CLOSED, 8]], OPEN=[[OPEN, 5], [OPEN, 13]]}

為了完成問題範例，讓我們根據總分來計算集合中每個問題的總體百分比（或權重）：

// Подсчет веса каждой задачи (How процент от общего количества очков)
final Collection<String> result = tasks
    .stream()                                        // Stream<String>
    .mapToInt( Task::getPoints )                     // IntStream
    .asLongStream()                                  // LongStream
    .mapToDouble( points -> points / totalPoints )   // DoubleStream
    .boxed()                                         // Stream<Double>
    .mapToLong( weigth -> ( long )( weigth * 100 ) ) // LongStream
    .mapToObj( percentage -> percentage + "%" )      // Stream<String>
    .collect( Collectors.toList() );                 // List<String>

System.out.println( result );

控制台輸出將如下所示：

[19%, 50%, 30%]

最後，正如我們之前提到的，Stream API 不僅僅適用於 Java 集合。典型的 I/O 操作（例如逐行讀取文字檔案）非常適合使用流處理。這是一個小例子來證明這一點。

final Path path = new File( filename ).toPath();
try( Stream<String> lines = Files.lines( path, StandardCharsets.UTF_8 ) ) {
    lines.onClose( () -> System.out.println("Done!") ).forEach( System.out::println );
}

onConsole在執行緒上呼叫的 方法傳回一個帶有附加私有處理程序的等效執行緒。close()當在執行緒上呼叫方法時，將呼叫私有處理程序。Stream API 以及lambda和引用方法以及 Java 8 中的預設方法和靜態方法是現代軟體開發範例的答案。更詳細的資訊請參考官方文件。

5.3. 日期/時間 API (JSR 310)

Java 8 透過提供新的​​日期和時間 API (JSR 310)，為日期和時間管理帶來了新的面貌。日期和時間操作是 Java 開發人員最大的痛點之一。java.util.Date遵循標準並java.util.Calendar沒有整體上改善這種情況（甚至可能使其更加混亂）。這就是Joda-Time的誕生：Java 的一個出色的日期/時間 API 替代品。Java 8 (JSR 310) 中的新日期/時間 API 深受Joda-Time的影響，並從中汲取了精華。新包java.time包含日期、時間、日期/時間、時區、持續時間和時間操作的所有類別。API 設計非常重視不變性：不允許更改（從 中學到的慘痛教訓java.util.Calendar）。如果需要修改，將會傳回對應類別的新實例。讓我們看看主要的類別和它們的使用範例。第一類Clock，它使用時區提供對當下時刻、日期和時間的存取。Clock可以用來代替System.currentTimeMillis()和TimeZone.getDefault()。

// Получить системное время How смещение UTC
final Clock clock = Clock.systemUTC();
System.out.println( clock.instant() );
System.out.println( clock.millis() );

控制台輸出範例：

2014-04-12T15:19:29.282Z
1397315969360

我們將關注的其他新類別是LocaleDate和LocalTime。LocaleDate僅包含 ISO-8601 日曆系統中的日期部分，不包含時區。因此，LocalTime它僅包含時間碼的一部分>。

// получить местную date и время время
final LocalDate date = LocalDate.now();
final LocalDate dateFromClock = LocalDate.now( clock );

System.out.println( date );
System.out.println( dateFromClock );

// получить местную date и время время
final LocalTime time = LocalTime.now();
final LocalTime timeFromClock = LocalTime.now( clock );

System.out.println( time );
System.out.println( timeFromClock );

控制台輸出範例：

2014-04-12
2014-04-12
11:25:54.568
15:25:54.568

LocalDateTime連接LocaleDateandLocalTime包含 ISO-8601 日曆系統中的日期和時間，但不包含時區。下面給出一個簡單的例子。

// Get the local date/time
final LocalDateTime datetime = LocalDateTime.now();
final LocalDateTime datetimeFromClock = LocalDateTime.now( clock );

System.out.println( datetime );
System.out.println( datetimeFromClock );

控制台輸出範例：

2014-04-12T11:37:52.309
2014-04-12T15:37:52.309

如果您需要特定時區的日期/時間，ZonedDateTime. 它包含 ISO-8601 日曆系統中的日期和時間。以下是不同時區的一些範例。

// Получение даты/времени для временной зоны
final ZonedDateTime zonedDatetime = ZonedDateTime.now();
final ZonedDateTime zonedDatetimeFromClock = ZonedDateTime.now( clock );
final ZonedDateTime zonedDatetimeFromZone = ZonedDateTime.now( ZoneId.of( "America/Los_Angeles" ) );

System.out.println( zonedDatetime );
System.out.println( zonedDatetimeFromClock );
System.out.println( zonedDatetimeFromZone );

控制台輸出範例：

2014-04-12T11:47:01.017-04:00[America/New_York]
2014-04-12T15:47:01.017Z
2014-04-12T08:47:01.017-07:00[America/Los_Angeles]

最後，讓我們來看看該類別Duration：以秒和奈秒為單位的時間跨度。這使得兩個日期之間的計算變得非常簡單。讓我們看看如何做到這一點：

// Получаем разницу между двумя датами
final LocalDateTime from = LocalDateTime.of( 2014, Month.APRIL, 16, 0, 0, 0 );
final LocalDateTime to = LocalDateTime.of( 2015, Month.APRIL, 16, 23, 59, 59 );

final Duration duration = Duration.between( from, to );
System.out.println( "Duration in days: " + duration.toDays() );
System.out.println( "Duration in hours: " + duration.toHours() );

上面的範例計算兩個日期April 16, 2014和April 16, 2015之間的持續時間（以天和小時為單位） 。以下是控制台輸出的範例：

Duration in days: 365
Duration in hours: 8783

Java 8 中新日期/時間的整體印象非常非常正面。部分是因為這些變化是基於久經考驗的基礎（Joda-Time），部分是因為這次問題得到了認真的重新考慮，並且開發人員的聲音得到了傾聽。詳細資訊請參考官方文件。

5.4. Nashorn JavaScript 引擎

Java 8 附帶了新的 Nashorn JavaScript 引擎，它允許您在 JVM 上開發和運行某些類型的 JavaScript 應用程式。Nashorn JavaScript 引擎只是 javax.script.ScriptEngine 的另一個實現，它遵循相同的規則集以允許 Java 和 JavaScript 互動。這是一個小例子。

ScriptEngineManager manager = new ScriptEngineManager();
ScriptEngine engine = manager.getEngineByName( "JavaScript" );

System.out.println( engine.getClass().getName() );
System.out.println( "Result:" + engine.eval( "function f() { return 1; }; f() + 1;" ) );

控制台輸出範例：

jdk.nashorn.api.scripting.NashornScriptEngine
Result: 2

5.5. Base64

最後，隨著 Java 8 的發布，對 Base64 編碼的支援進入了 Java 標準函式庫。它非常易於使用，範例示範了這一點。

package com.javacodegeeks.java8.base64;

import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;

public class Base64s {
    public static void main(String[] args) {
        final String text = "Base64 finally in Java 8!";

        final String encoded = Base64
            .getEncoder()
            .encodeToString( text.getBytes( StandardCharsets.UTF_8 ) );
        System.out.println( encoded );

        final String decoded = new String(
            Base64.getDecoder().decode( encoded ),
            StandardCharsets.UTF_8 );
        System.out.println( decoded );
    }
}

程式的控制台輸出顯示編碼和解碼的文字：

QmFzZTY0IGZpbmFsbHkgaW4gSmF2YSA4IQ==
Base64 finally in Java 8!

還有 URL 友善的編碼器/解碼器以及 MIME 友善的編碼器/解碼器（Base64.getUrlEncoder()/ Base64.getUrlDecoder()、Base64.getMimeEncoder()/ Base64.getMimeDecoder()）的類別。

5.6. 平行數組

Java 8 版本新增了許多用於平行數組處理的新方法。也許其中最重要的是parallelSort()，它可以大大加快多核心機器上的排序速度。下面的小範例示範了新方法系列 ( parallelXxx) 的實際應用。

package com.javacodegeeks.java8.parallel.arrays;

import java.util.Arrays;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;

public class ParallelArrays {
    public static void main( String[] args ) {
        long[] arrayOfLong = new long [ 20000 ];

        Arrays.parallelSetAll( arrayOfLong,
            index -> ThreadLocalRandom.current().nextInt( 1000000 ) );
        Arrays.stream( arrayOfLong ).limit( 10 ).forEach(
            i -> System.out.print( i + " " ) );
        System.out.println();

        Arrays.parallelSort( arrayOfLong );
        Arrays.stream( arrayOfLong ).limit( 10 ).forEach(
            i -> System.out.print( i + " " ) );
        System.out.println();
    }
}

這段小程式碼使用一種方法parallelSetAll()用 20,000 個隨機值填滿數組。此後即可應用parallelSort()。程式列印排序前後的前 10 個元素，以表示陣列確實已排序。範例程式輸出可能如下所示（請注意，陣列的元素是隨機的）。

Unsorted: 591217 891976 443951 424479 766825 351964 242997 642839 119108 552378
Sorted: 39 220 263 268 325 607 655 678 723 793

5.7. 平行性

在該類別中新增了新方法，java.util.concurrent.ConcurrentHashMap以支援基於新新增的流物件和 lambda 表達式的聚合操作。此外，該類別中還新增了新方法java.util.concurrent.ForkJoinPool來支援共享池（也請參閱我們關於 Java 並發性的免費課程）。新增了一個新類別，java.util.concurrent.locks.StampedLock以提供基於功能的鎖定，具有三種存取模式用於讀取/寫入控制（可以將其視為不太好的鎖定的更好替代方案java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock）。已新增至包中的新類別java.util.concurrent.atomic：

• 雙累加器
• 雙加法器
• 長累加器
• 長加法器

6. Java運行環境（JVM）的新特性

該區域PermGen已退役並由Metaspace (JEP 122) 取代。JVM 選項-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize已分別替換為-XX:MetaSpaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize。

七、結論

未來已來：Java 8 透過提供讓開發人員提高工作效率的功能，推動了其平台的發展。現在將生產系統遷移到 Java 8 還為時過早，但在接下來的幾個月裡，採用率應該會慢慢開始成長。然而，現在是時候開始準備程式碼庫以實現 Java 8 相容性，並準備在 Java 8 足夠安全且穩定時合併 Java 8 變更。作為社群對 Java 8 接受度的證明，Pivotal 最近發布了 Spring 框架，為 Java 8 提供了生產支援。 您可以在評論中提供有關 Java 8 中令人興奮的新功能的意見。

8. 來源

一些深入討論 Java 8 功能各個方面的其他資源：

• JDK 8 中的新增功能
• Java 教程
• WildFly 8、JDK 8、NetBeans 8、Java EE 7
• Java 8 教程
• JDK 8 命令列靜態依賴關係檢查器
• JDK 8 的啟發性 Javadoc
• Java 8 的黑暗面
• 在 Eclipse Kepler SR2 中安裝 Java™ 8 支持
• 爪哇8
• 甲骨文納肖恩。JVM 的下一代 JavaScript 引擎