春招面试阿里,面试官让我说说Java8的新特性

简介: Java 8是Java自Java 5(发布于2004年)之后的最重要的版本。这个版本包含语言、编译器、库、工具和JVM等方面的十多个新特性。

一、Lambda表达式和函数式接口



Lambda表达式(也称为闭包)是Java 8中最大和最令人期待的语言改变。它允许我们将函数当成参数传递给某个方法,或者把代码本身当作数据处理。


最简单的Lambda表达式可由逗号分隔的参数列表、->符号和语句块组成,如果Lambda表达式需要更复杂的语句块,则可以使用花括号将该语句块括起来,类似于Java中的函数体,例如:


   

        Arrays.asList(1, 2, 3).forEach(System.out::println);
Arrays.asList( "a", "b", "d" ).forEach( e -> {
    System.out.print( e );
    System.out.print( e );
} );

Lambda表达式可以引用类成员和局部变量(会将这些变量隐式得转换成final的)。


final String separator = ",";
Arrays.asList( "a", "b", "d" ).forEach( 
    ( String e ) -> System.out.print( e + separator ) );

Lambda表达式有返回值,返回值的类型也由编译器推理得出。如果Lambda表达式中的语句块只有一行,则可以不用使用return语句。

 

        Arrays.asList(1, 2, 3).sort(Integer::compareTo);

Lambda的设计者们为了让现有的功能与Lambda表达式良好兼容,考虑了很多方法,于是产生了函数接口这个概念。


函数接口指的是只有一个函数的接口,这样的接口可以隐式转换为Lambda表达式。java.lang.Runnable和java.util.concurrent.Callable是函数式接口的最佳例子。


在实践中,函数式接口非常脆弱:只要某个开发者在该接口中添加一个函数,则该接口就不再是函数式接口进而导致编译失败。


为了克服这种代码层面的脆弱性,并显式说明某个接口是函数式接口,Java 8 提供了一个特殊的注解@FunctionalInterface(Java 库中的所有相关接口都已经带有这个注解了),举个简单的函数式接口的定义。(默认方法和静态方法不会破坏函数式接口的定义,因此如下的代码是合法的)


@FunctionalInterface
public interface Functional {
    void method();
}


二、接口的默认方法和静态方法



默认方法和抽象方法之间的区别在于抽象方法需要实现,而默认方法不需要。接口提供的默认方法会被接口的实现类继承或者覆写。


Java 8带来的另一个有趣的特性是在接口中可以定义静态方法。

package com.issavior.javase.java8;
/**
 * @author issavior
 */
public interface DefaultAndStaticDemo {
    /**
     * test
     */
    public abstract void test();
    /**
     * default
     */
    default void testDefault() {
        System.out.println("run default function!!!");
    }
    /**
     * static
     */
    static void testStatic() {
        System.out.println("run static function!!!");
    }
}
class MyDemo1 implements DefaultAndStaticDemo {
    @Override
    public void test() {
        System.out.println("MyDemo1重写的test方法");
    }
}
class MyDemo2 implements DefaultAndStaticDemo {
    @Override
    public void test() {
        System.out.println("MyDemo2重写的test方法");
    }
    @Override
    public void testDefault() {
        System.out.println("MyDemo2重写的default方法");
    }
}

下面的代码片段测试了默认方法和静态方法的使用场景:


package com.issavior.javase.java8;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;
class DefaultAndStaticDemoTest {
    private static MyDemo1 myDemo1 = new MyDemo1();
    private static MyDemo2 myDemo2 = new MyDemo2();
    @Test
    void test1() {
        myDemo1.test();
        myDemo2.test();
    }
    @Test
    void testDefault() {
        myDemo1.testDefault();
        myDemo2.testDefault();
    }
    @Test
    void testStatic() {
        DefaultAndStaticDemo.testStatic();
    }
}
//    MyDemo1重写的test方法
//    MyDemo2重写的test方法
//
//    run default function!!!
//    MyDemo2重写的default方法
//
//    run static function!!!


由于JVM上的默认方法的实现在字节码层面提供了支持,因此效率非常高。默认方法允许在不打破现有继承体系的基础上改进接口。该特性在官方库中的应用是:给java.util.Collection接口添加新方法,如stream()、parallelStream()、forEach()和removeIf()等等。


尽管默认方法有这么多好处,但在实际开发中应该谨慎使用:在复杂的继承体系中,默认方法可能引起歧义和编译错误。


三、方法引用



方法引用使得开发者可以直接引用现存的方法、Java类的构造方法或者实例对象。方法引用和Lambda表达式配合使用,使得java类的构造方法看起来紧凑而简洁,没有很多复杂的模板代码。


Car类是不同方法引用的例子,可以帮助读者区分四种类型的方法引用。


public static class Car {
    public static Car create( final Supplier< Car > supplier ) {
        return supplier.get();
    }              
    public static void collide( final Car car ) {
        System.out.println( "Collided " + car.toString() );
    }
    public void follow( final Car another ) {
        System.out.println( "Following the " + another.toString() );
    }
    public void repair() {   
        System.out.println( "Repaired " + this.toString() );
    }
}

第一种方法引用的类型是构造器引用,语法是Class::new,或者更一般的形式:Class::new。注意:这个构造器没有参数。


final Car car = Car.create( Car::new );
final List< Car > cars = Arrays.asList( car );

第二种方法引用的类型是静态方法引用,语法是Class::static_method。注意:这个方法接受一个Car类型的参数。


cars.forEach( Car::collide );

第三种方法引用的类型是某个类的成员方法的引用,语法是Class::method,注意,这个方法没有定义入参:


cars.forEach( Car::repair );

第四种方法引用的类型是某个实例对象的成员方法的引用,语法是instance::method。注意:这个方法接受一个Car类型的参数:


final Car police = Car.create( Car::new );
cars.forEach( police::follow );


四、重复注解



自从Java 5中引入注解以来,这个特性开始变得非常流行,并在各个框架和项目中被广泛使用。不过,注解有一个很大的限制是:在同一个地方不能多次使用同一个注解。Java 8打破了这个限制,引入了重复注解的概念,允许在同一个地方多次使用同一个注解。


在Java 8中使用@Repeatable注解定义重复注解,实际上,这并不是语言层面的改进,而是编译器做的一个trick,底层的技术仍然相同。


反射API提供了一个新的方法:getAnnotationsByType(),可以返回某个类型的重复注解,例如Filterable.class.getAnnoation(Filters.class)将返回两个Filter实例。


五、更好的类型推断



Java 8编译器在类型推断方面有很大的提升,在很多场景下编译器可以推导出某个参数的数据类型,从而使得代码更为简洁。


package com.javacodegeeks.java8.type.inference;
public class Value< T > {
    public static< T > T defaultValue() { 
        return null; 
    }
    public T getOrDefault( T value, T defaultValue ) {
        return ( value != null ) ? value : defaultValue;
    }
}


六、拓宽注解的应用场景



Java 8拓宽了注解的应用场景。现在,注解几乎可以使用在任何元素上:局部变量、接口类型、超类和接口实现类,甚至可以用在函数的异常定义上。


ElementType.TYPE_USER和ElementType.TYPE_PARAMETER是Java 8新增的两个注解,用于描述注解的使用场景。Java 语言也做了对应的改变,以识别这些新增的注解。


七、Optional



Optional仅仅是一个容易:存放T类型的值或者null。它提供了一些有用的接口来避免显式的null检查。


空指


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!" ) );

非空指


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();


八、Streams



新增的Stream API(java.util.stream)将生成环境的函数式编程引入了Java库中。这是目前为止最大的一次对Java库的完善,以便开发者能够写出更加有效、更加简洁和紧凑的代码。


Steam API极大得简化了集合操作。


Steam之上的操作可分为中间操作和晚期操作。


中间操作会返回一个新的steam——执行一个中间操作(例如filter)并不会执行实际的过滤操作,而是创建一个新的steam,并将原steam中符合条件的元素放入新创建的steam。


晚期操作(例如forEach或者sum),会遍历steam并得出结果或者附带结果;在执行晚期操作之后,steam处理线已经处理完毕,就不能使用了。在几乎所有情况下,晚期操作都是立刻对steam进行遍历。


案例:


// Calculate total points of all active tasks using sum()
final long totalPointsOfOpenTasks = tasks
    .stream()
    .filter( task -> task.getStatus() == Status.OPEN )
    .mapToInt( Task::getPoints )
    .sum();
System.out.println( "Total points: " + totalPointsOfOpenTasks );

steam的另一个价值是创造性地支持并行处理(parallel processing)。


// 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 );

对于一个集合,经常需要根据某些条件对其中的元素分组。利用steam提供的API可以很快完成这类任务。


// Group tasks by their status
final Map< Status, List< Task > > map = tasks
    .stream()
    .collect( Collectors.groupingBy( Task::getStatus ) );
System.out.println( map );

Stream API、Lambda表达式还有接口默认方法和静态方法支持的方法引用,是Java 8对软件开发的现代范式的响应。


九、Date/Time API(JSR 310)



我们接下来看看java.time包中的关键类和各自的使用例子。首先,Clock类使用时区来返回当前的纳秒时间和日期。Clock可以替代System.currentTimeMillis()和TimeZone.getDefault()。


// Get the system clock as UTC offset 
final Clock clock = Clock.systemUTC();
System.out.println( clock.instant() );
System.out.println( clock.millis() );
//2014-04-12T15:19:29.282Z
//1397315969360


十、Base64



对Base64编码的支持已经被加入到Java 8官方库中,这样不需要使用第三方库就可以进行Base64编码。


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 );
    }
}
//QmFzZTY0IGZpbmFsbHkgaW4gSmF2YSA4IQ==
//Base64 finally in Java 8!

新的Base64API也支持URL和MINE的编码解码。


(Base64.getUrlEncoder() / Base64.getUrlDecoder(), Base64.getMimeEncoder() / Base64.getMimeDecoder())


十一、并行数组



Java8版本新增了很多新的方法,用于支持并行数组处理。最重要的方法是parallelSort(),可以显著加快多核机器上的数组排序。



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();
    }


上述这些代码使用parallelSetAll()方法生成20000个随机数,然后使用parallelSort()方法进行排序。这个程序会输出乱序数组和排序数组的前10个元素。上述例子的代码输出的结果是:


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


十二、并发性



基于新增的lambda表达式和steam特性,为Java 8中为java.util.concurrent.ConcurrentHashMap类添加了新的方法来支持聚焦操作;另外,也为java.util.concurrentForkJoinPool类添加了新的方法来支持通用线程池操作(更多内容可以参考我们的并发编程课程)。


Java 8还添加了新的java.util.concurrent.locks.StampedLock类,用于支持基于容量的锁——该锁有三个模型用于支持读写操作(可以把这个锁当做是java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock的替代者)。


在java.util.concurrent.atomic包中也新增了不少工具类,列举如下:

  • DoubleAccumulator
  • DoubleAdder
  • LongAccumulator
  • LongAdder


十三、JVM的新特性



使用Metaspace(JEP 122)代替持久代(PermGen space)。在JVM参数方面,使用-XX:MetaSpaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize代替原来的-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize。



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