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Java 8 新特性—概述

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 2023-11-25
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Java 8 是Java历史上一个重大的版本更新，发布于2014年3月18日。

JEP 126：Lambda 表达式

Lambda 表达式是 Java 8 新特性中最重要且最显著的一个，为 Java 增加了函数式编程的能力，使得代码变得更加简洁和易读。Lambda 表达式主要用于简化匿名内部类的实现。

Lambda 表达式的基本语法：

(parameters) -> expression 或 (parameters) -> { statements; }
  • parameters ：是 Lambda表达式的参数列表，可以为空或包含一个或多个参数。
  • -> ：是 Lambda 操作符，用于将参数和 Lambda 主体分开。
  • expression ：是 Lambda 表达式的返回值，或者在主体中执行的单一表达式。
  • { statements; } ：是 Lambda 主体，包含了一系列语句，如果需要执行多个操作，就需要使用这种形式。

它具有如下几个特点：

  1. 无需声明类型：Lambda 表达式不需要声明参数类型，编译器可以自动推断参数类型。
  2. 可选的参数圆括号：当只有一个参数时，可以省略圆括号。但是当参数个数大于一个时，圆括号是必需的。空括号用于表示空参数集。
  3. 可选的大括号：当 Lambda 表达式的主体只包含一个表达式时，可以省略大括号。当表达式需要包含多个语句时，需要使用大括号。
  4. 可选的返回关键字：当 Lambda 表达式主体只有一个表达式，且该表达式会自动返回结果时，可以省略 return 关键字。

更多阅读：Java 8 新特性— Lambda 表达式

JEP 126：函数式接口

Java 8 引入函数式接口的主要目的是支持函数式编程范式，也就是 Lambda 表达式。在函数式编程语言中，函数被当做一等公民对待，Lambda 表达式的类型是函数，它可以像其他数据类型一样进行传递、赋值和操作。但是在 Java 中，“一切皆对象”是不可违背的宗旨，所以 Lambda 表达式是对象，而不是函数，他们必须要依附于一类特别的对象类型：函数式接口。所以函数式接口是与Lambda表达式紧密相连的，它为Java添加了一种新的抽象层次，允许将方法作为一等公民对待。

函数式接口具有两个特点：

  1. 只包含一个抽象方法：函数式接口只能有一个抽象方法，但可以包含多个默认方法或静态方法。
  2. 用**@FunctionalInterface**注解标记：该注解不强制，但通常会使用它来标记该接口为函数式接口。这样做可以让编译器检查接口是否符合函数式接口的定义，以避免不必要的错误。

一般来说函数式接口有两个最主要的用途：

  1. 与 Lambda表达式一起使用，为Java带来更加函数式的编程风格。
  2. 用于实现简单的函数策略或行为，如回调、事件处理等。

更多阅读：Java 8 新特性—函数式接口

JEP 179：方法引用

为了提升 Java 编程语言的表达力和可读性，特别是在配合 Lambda 表达式和函数式编程风格，Java 8 引入方法引用。

方法引用实际上是一个简化版的 Lambda 表达式，它允许我们以更简洁的方式引用方法。它有如下几种类型：

  1. 静态方法引用：使用 类名::静态方法名 的形式。
    • 例如，String::valueOf 相当于 x -> String.valueOf(x)。
  2. 实例方法引用（对象的实例方法）：使用 实例对象::实例方法名 的形式。
    • 例如，假设有一个 String 对象 myString，那么 myString::length 相当于 () -> myString.length()。
  3. 特定类型的任意对象的实例方法引用：使用 类名::实例方法名。
    • 例如，String::length 相当于 str -> str.length()。这里不是调用特定对象的 length 方法，而是用于任意的 String 对象。
  4. 构造器引用：使用 类名::new。
    • 例如，ArrayList::new 相当于 () -> new ArrayList<>()。

更多阅读：Java 8 新特性—方法引用和构造器引用

JEP 150：接口的默认方法

在 Java 8 之前，接口中可以申明方法和变量的，只不过变量必须是 public、static、final 的，方法必须是 public、abstract的。我们知道接口的设计是一项巨大的工作，因为如果我们需要在接口中新增一个方法，需要对它的所有实现类都进行修改，如果它的实现类比较少还可以接受，如果实现类比较多则工作量就比较大了。

为了解决这个问题，Java 8 引入了默认方法，默认方法允许在接口中添加具有默认实现的方法，它使得接口可以包含方法的实现，而不仅仅是抽象方法的定义。

默认方法是接口中带有 default 关键字的非抽象方法。这种方法可以有自己的实现，而不需要子类去覆盖它。

默认方法允许我们向接口添加新方法而不破坏现有的实现。它解决了在 Java 8 之前，向接口添加新方法意味着所有实现该接口的类都必须修改的问题。

更多阅读：Java 8 新特性—接口默认方法和静态方法

JEP 107：Stream API

为了解决 Java 8 之前版本中集合操作的一些限制和不足，提高数据处理的效率和代码的简洁性，Java 8 引入 Stream API，它的引入标志着 Java 对集合操作迎来了的一种全新的处理方式，它在处理集合类时提供了一种更高效、声明式的方法。

Stream API 的核心思想是将数据处理操作以函数式的方式链式连接，以便于执行各种操作，如过滤、映射、排序、归约等，而无需显式编写传统的循环代码。

下面是 Stream API 的一些重要概念和操作：

  1. Stream（流）：Stream 是 Java 8 中处理集合的关键抽象概念，它是数据渠道，用于操作数据源所生成的元素序列。这些数据源可以来自集合（Collection）、数组、I/O 操作等等。它具有如下几个特点：
    1. Stream 不会存储数据。
    2. Stream 不会改变源数据对象，它返回一个持有结果的新的 Stream。
    3. Stream 操作是延迟执行的，这就意味着他们要等到需要结果的时候才会去执行。
  2. 中间操作：这些操作允许您在 Stream 上执行一系列的数据处理。常见的中间操作有 filter（过滤）、map（映射）、distinct（去重）、sorted（排序）、limit（截断）、skip（跳过）等。这些操作返回的仍然是一个 Stream。
  3. 终端操作：终端操作是对流进行最终处理的操作。当调用终端操作时，流将被消费，不能再进行进一步的中间操作。常见的终端操作包括 forEach（遍历元素）、collect（将元素收集到集合中）、reduce（归约操作，如求和、求最大值）、count（计数）等。
  4. 惰性求值：Stream 操作是惰性的，只有在调用终端操作时才会执行中间操作。这可以提高性能，因为只处理需要的数据。

更多阅读：Java 8 新特性—Stream API 对元素流进行函数式操作

Optional 类

Java 8 引入了 Optional 类，这是一个为了解决空指针异常（NullPointerException）而设计的容器类。它可以帮助开发者在编程时更优雅地处理可能为 null 的情况。

更多阅读：Java 8 新特性— 利用 Optional 解决NullPointerException

JEP 170：新的日期时间 API

作为 Java 开发者你一定直接或者间接使用过 java.util.Date 、java.util.Calendar、java.text.SimpleDateFormat 这三个类吧，这三个类是 Java 用于处理日期、日历、日期时间格式化的。由于他们存在一些问题，诸如：

  1. 线程不安全：
    1. java.util.Date 和 java.util.Calendar 线程不安全，这就导致我们在多线程环境使用需要额外注意。
    2. java.text.SimpleDateFormat 也是线程不安全的，这可能导致性能问题和日期格式化错误。而且它的模式字符串容易出错，且不够直观。
  2. 可变性：java.util.Date类是可变的，这意味着我们可以随时修改它，如果一不小心就会导致数据不一致问题。
  3. 时区处理困难：Java 8 版本以前的日期 API 在时区处理上存在问题，例如时区转换和夏令时处理不够灵活和准确。而且时区信息在 Date 对象中存储不明确，这使得正确处理时区变得复杂。
  4. 设计不佳：
    1. 日期和日期格式化分布在多个包中。
    2. java.util.Date 的默认日期，年竟然是从 1900 开始，月从 1 开始，日从 1 开始，没有统一性。而且 java.util.Date 类也缺少直接操作日期的相关方法。
    3. 日期和时间处理通常需要大量的样板代码，使得代码变得冗长和难以维护。

基于上述原因，Java 8 重新设计了日期时间 API，以提供更好的性能、可读性和可用性，同时解决了这些问题，使得在 Java 中处理日期和时间变得更加方便和可靠。相比 Java 8 之前的版本，Java 8 版本的日期时间 API 具有如下几个优点：

  1. 不可变性（Immutability）：Java 8的日期时间类（如LocalDate、LocalTime和LocalDateTime）都是不可变的，一旦创建就不能被修改。这确保了线程安全，避免了并发问题。
  2. 清晰的API设计：Java 8 的日期时间 API 采用了更清晰、更一致的设计，相比于以前版本的 Date 和 Calendar 更易于理解和使用。而且它们还提供了丰富的方法来执行日期和时间的各种操作，如加减、比较、格式化等。
  3. 本地化支持：Java 8 的日期时间 API 支持本地化，可以轻松处理不同地区和语言的日期和时间格式。它们能够自动适应不同的时区和夏令时规则。
  4. 新的时区处理：Java 8引入了 ZoneId 和 ZoneOffset 等新的时区类，使时区处理更加精确和灵活。这有助于解决以前版本中时区处理的问题。
  5. 新的格式化API：Java 8引入了 DateTimeFormatter 类，用于格式化和解析日期和时间，支持自定义格式和本地化。这提供了更强大和灵活的格式化选项。
  6. 更好的性能：Java 8 的日期时间API 比以前的API 性能更佳。

更多阅读： Java 8 新特性—日期时间 API Java 8 新特性—日期时间格式化

JEP 120：重复注解

在 Java 8 之前的版本中，对于一个特定的类型，一个注解在同一个声明上只能使用一次。Java 8 引入了重复注解，它允许对同一个类型的注解在同一声明或类型上多次使用。

工作原理如下：

  1. 定义重复注解：您需要定义一个注解，并用 @Repeatable 元注解标注它。@Repeatable 接收一个参数，该参数是一个容器注解，用于存储重复注解的实例。
  2. 定义容器注解：容器注解定义了一个注解数组，用于存放重复注解的多个实例。这个容器注解也需要具有运行时的保留策略（@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)）。

更多阅读：Java 8 新特性—重复注解@Repeatable

Base64 编码解码

在 Java 8 之前，我们通常需要依赖于第三方库（如 Apache Commons Codec）或者使用 Java 内部类（如 sun.misc.BASE64Encoder 和 sun.misc.BASE64Decoder）来处理 Base64 编解码。但是这些内部类并非 Java 官方的一部分，它们的使用并不推荐，因为它们可能会在未来的版本中发生变化，造成兼容性问题。同时使用非官方或内部 API 可能导致安全漏洞或运行时错误，所以 Java 8 引入一个新的 Base64 编解码 API，它处理 Base64 编码和解码的官方、标准化的方法。

Java 8 中的 Base64 API 包含在 java.util 包中。它提供了以下三种类型的 Base64 编解码器：

  1. 基本型（Basic）：用于处理常规的 Base64 编码和解码。它不对输出进行换行处理，适合于在URLs和文件名中使用。
  2. URL和文件名安全型（URL and Filename Safe）：输出映射到一组 URL 和文件名安全的字符集。它使用 '-' 和 '_' 替换标准 Base64 中的 '+' 和 '/' 字符。
  3. MIME型：用于处理 MIME 类型的数据（例如，邮件）。它在每行生成 76 个字符后插入一个换行符。

更多阅读：Java 8 新特性—全新的、标准的Base 64 API

JEP 104：类型注解

在 Java 8 之前，注解仅限于声明（如类、方法或字段）。这种限制意味着注解的用途在许多编程情景中受到限制，特别是在需要对类型本身（而不仅仅是声明）进行描述时。为了提高注解的能力，Java 8 引入类型注解来增强注解的功能。

该特性扩展了注解的应用范围，允许我们将注解应用于任何使用类型的地方，而不仅仅是声明。包括以下情况：

  • 对象创建（如 new 表达式）
  • 类型转换和强制类型转换
  • 实现（implements）语句
  • 泛型类型参数（如 List<@NonNull String>）

更多阅读：Java 8 新特性—类型注解

JEP 101：类型推断优化

在 Java 8 之前，Java 的类型推断主要局限于泛型方法调用的返回类型。这意味着在许多情况下，我们不得不显式指定泛型参数，即使它们可以从上下文中推断出来。这种限制使得代码变得冗长且不够直观，特别是在使用泛型集合和泛型方法时。

为了提高编码效率和可读性，同时简化泛型使用，Java 8 中引入了对类型推断机制的优化，扩大了类型推断的范围，使其能在更多情况下自动推断出类型信息，包括：

  1. Lambda 表达式中的类型推断：在使用 Lambda 表达式时，编译器可以根据上下文推断出参数类型，从而减少了在某些情况下编写显式类型的需求。
  2. 泛型方法调用的改进：在调用泛型方法时，编译器可以更好地推断方法参数、返回类型以及链式调用中间步骤的类型。
  3. 泛型构造器的类型推断：在创建泛型对象时，编译器能够推断出构造器参数的类型。

更多阅读：Java 8 新特性—类型推断优化

JEP 174：Nashorn JavaScript 引擎

在 Java 8 之前，Java 平台的主要 JavaScript 引擎是 Mozilla 的 Rhino。Rhino 是一个成熟的引擎，但由于其架构和设计年代较早，它在性能和与 Java 的集成方面存在一些限制。随着 JavaScript 在 Web 和服务器端应用中日益重要，需要一个更现代、更高效的 JavaScript 引擎来提供更好的性能和更深度的 Java 集成。因此，Nashorn 引擎被引入作为 Java 平台的一部分。

Nashorn 是一个基于 Java 的 JavaScript 引擎，它完全用 Java 语言编写，并且是 Rhino 的替代品。主要特点：

  1. 基于 JVM 的执行：Nashorn 是作为 Java 虚拟机的一个原生组件实现的，它直接编译 JavaScript 代码到 Java 字节码。这意味着它可以充分利用 JVM 的性能优化和管理能力。
  2. 高性能：与 Rhino 相比，Nashorn 提供了显著的性能提升，特别是在执行 JavaScript 代码方面。
  3. 与 Java 的深度集成：Nashorn 允许 JavaScript 代码和 Java 代码之间有更紧密的交互。开发者可以在 JavaScript 中方便地调用 Java 类库和对象，反之亦然。
  4. ECMAScript 5.1 支持：Nashorn 支持 ECMAScript 5.1 规范，为开发者提供了一个符合标准的现代 JavaScript 编程环境。

JEP 122：移除Permgen

在 Java 8 之前，JJVM使用永久代（PermGen）的内存区域来存储类的元数据和方法数据。随着时间的推移，这个设计开始显现出一些问题，特别是在应用程序频繁加载和卸载类的场景中，比如在 Java EE 应用服务器和热部署环境中。

永久代有一个固定的大小限制，当类的数量和大小超过这个限制时，就会抛出 OutOfMemoryError: PermGen space 错误。这种设计限制了 Java 的灵活性和可伸缩性。

Java 8 移除永久代并用元空间（Metaspace）的新内存区域来取代它。相比永久代，元空间的具有如下优势：

  1. 基于本地内存：元空间不在 JVM 的堆内存中，而是直接使用本地内存（操作系统的内存）。这意味着它不再受到 Java 堆大小的限制。
  2. 动态调整大小：元空间的大小可以根据应用程序的需求动态调整。这减少了内存溢出的风险，并允许应用更高效地管理内存。
  3. 更好的性能：由于移除了固定大小的限制，元空间可以提供更好的性能，尤其是在大型应用和复杂的部署环境中。
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