java8新特性介绍（二）
4. Java 类库的新特性
Java 8 通过增加大量新类，扩展已有类的功能的方式来改善对并发编程、函数式编程、日期/时间相关操作以及其他更多方面的支持。
4.1 Optional
到目前为止，臭名昭著的空指针异常是导致Java应用程序失败的最常见原因。以前，为了解决空指针异常，Google公司著名的Guava项目引入了Optional类，Guava通过使用检查空值的方式来防止代码污染，它鼓励程序员写更干净的代码。受到Google Guava的启发，Optional类已经成为Java 8类库的一部分。
Optional实际上是个容器：它可以保存类型T的值，或者仅仅保存null。Optional提供很多有用的方法，这样我们就不用显式进行空值检测。更多详情请参考官方文档。
我们下面用两个小例子来演示如何使用Optional类：一个允许为空值，一个不允许为空值。
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Optional类的实例为非空值的话，isPresent()返回true，否从返回false。为了防止Optional为空值，orElseGet()方法通过回调函数来产生一个默认值。map()函数对当前Optional的值进行转化，然后返回一个新的Optional实例。orElse()方法和orElseGet()方法类似，但是orElse接受一个默认值而不是一个回调函数。下面是这个程序的输出：
Full Name is
set
?
false
Full Name: [none]
Hey Stranger!
让我们来看看另一个例子
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();
下面是程序的输出：
First Name is
set
?
true
First Name: Tom
Hey Tom!
更多详情请参考官方文档
4.2 Stream
最新添加的Stream API（java.util.stream） 把真正的函数式编程风格引入到Java中。这是目前为止对Java类库最好的补充，因为Stream API可以极大提供Java程序员的生产力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。
Stream API极大简化了集合框架的处理（但它的处理的范围不仅仅限于集合框架的处理，这点后面我们会看到）。让我们以一个简单的Task类为例进行介绍：
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 );
}
}
}
Task类有一个分数的概念（或者说是伪复杂度），其次是还有一个值可以为OPEN或CLOSED的状态.让我们引入一个Task的小集合作为演示例子：
final
Collection< Task > tasks = Arrays.asList(
new
Task( Status.OPEN,
5
),
new
Task( Status.OPEN,
13
),
new
Task( Status.CLOSED,
8
)
);
我们下面要讨论的第一个问题是所有状态为OPEN的任务一共有多少分数？在Java 8以前，一般的解决方式用foreach循环，但是在Java 8里面我们可以使用stream：一串支持连续、并行聚集操作的元素
// 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 );
程序在控制台上的输出如下：Total points: 18
这里有几个注意事项。第一，task集合被转换化为其相应的stream表示。然后，filter操作过滤掉状态为CLOSED的task。下一步，mapToInt操作通过Task::getPoints这种方式调用每个task实例的getPoints方法把Task的stream转化为Integer的stream。最后，用sum函数把所有的分数加起来，得到最终的结果。
在继续讲解下面的例子之前，关于stream有一些需要注意的地方（详情在这里）.stream操作被分成了中间操作与最终操作这两种。
中间操作返回一个新的stream对象。中间操作总是采用惰性求值方式，运行一个像filter这样的中间操作实际上没有进行任何过滤，相反它在遍历元素时会产生了一个新的stream对象，这个新的stream对象包含原始stream
中符合给定谓词的所有元素。
像forEach、sum这样的最终操作可能直接遍历stream，产生一个结果或副作用。当最终操作执行结束之后，stream管道被认为已经被消耗了，没有可能再被使用了。在大多数情况下，最终操作都是采用及早求值方式，及早完成底层数据源的遍历。
stream另一个有价值的地方是能够原生支持并行处理。让我们来看看这个算task分数和的例子。
// 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 );
这个例子和第一个例子很相似，但这个例子的不同之处在于这个程序是并行运行的，其次使用reduce方法来算最终的结果。
下面是这个例子在控制台的输出：Total points (all tasks): 26.0
经常会有这个一个需求：我们需要按照某种准则来对集合中的元素进行分组。Stream也可以处理这样的需求，下面是一个例子：
// Group tasks by their status
final
Map< Status, List< Task > > map = tasks
.stream()
.collect( Collectors.groupingBy( Task::getStatus ) );
System.out.println( map );
这个例子的控制台输出如下：{CLOSED=[[CLOSED, 8]], OPEN=[[OPEN, 5], [OPEN, 13]]}
让我们来计算整个集合中每个task分数（或权重）的平均值来结束task的例子。
// Calculate the weight of each tasks (as percent of total points)
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 );
下面是这个例子的控制台输出：[19%, 50%, 30%]
最后，就像前面提到的，Stream API不仅仅处理Java集合框架。像从文本文件中逐行读取数据这样典型的I/O操作也很适合用Stream API来处理。下面用一个例子来应证这一点。
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 );
}
对一个stream对象调用onClose方法会返回一个在原有功能基础上新增了关闭功能的stream对象，当对stream对象调用close()方法时，与关闭相关的处理器就会执行。
Stream API、Lambda表达式与方法引用在接口默认方法与静态方法的配合下是Java 8对现代软件开发范式的回应。更多详情请参考官方文档。
4.3 Date/Time API (JSR 310)
Java 8通过发布新的Date-Time API (JSR 310)来进一步加强对日期与时间的处理。对日期与时间的操作一直是Java程序员最痛苦的地方之一。标准的 java.util.Date以及后来的java.util.Calendar一点没有改善这种情况（可以这么说，它们一定程度上更加复杂）。
这种情况直接导致了Joda-Time——一个可替换标准日期/时间处理且功能非常强大的Java API的诞生。Java 8新的Date-Time API (JSR 310)在很大程度上受到Joda-Time的影响，并且吸取了其精髓。新的java.time包涵盖了所有处理日期，时间，日期/时间，时区，时刻（instants），过程（during）与时钟（clock）的操作。在设计新版API时，十分注重与旧版API的兼容性：不允许有任何的改变（从java.util.Calendar中得到的深刻教训）。如果需要修改，会返回这个类的一个新实例。
让我们用例子来看一下新版API主要类的使用方法。第一个是Clock类，它通过指定一个时区，然后就可以获取到当前的时刻，日期与时间。Clock可以替换System.currentTimeMillis()与TimeZone.getDefault()。
// Get the system clock as UTC offset
final
Clock clock = Clock.systemUTC();
System.out.println( clock.instant() );
System.out.println( clock.millis() );
下面是程序在控制台上的输出：
2014-04-12T15:19:29.282Z
1397315969360
我们需要关注的其他类是LocaleDate与LocalTime。LocaleDate只持有ISO-8601格式且无时区信息的日期部分。相应的，LocaleTime只持有ISO-8601格式且无时区信息的时间部分。LocaleDate与LocalTime都可以从Clock中得到。
// Get the local date and local time
final
LocalDate date = LocalDate.now();
final
LocalDate dateFromClock = LocalDate.now( clock );
System.out.println( date );
System.out.println( dateFromClock );
// Get the local date and local time
final
LocalTime time = LocalTime.now();
final
LocalTime timeFromClock = LocalTime.now( clock );
System.out.println( time );
System.out.println( timeFromClock );
下面是程序在控制台上的输出：
2014-04-12
2014-04-12
11:25:54.568
15:25:54.568
LocaleDateTime把LocaleDate与LocaleTime的功能合并起来，它持有的是ISO-8601格式无时区信息的日期与时间。下面是一个快速入门的例子。
// Get the local date/time
final
LocalDateTime datetime = LocalDateTime.now();
final
LocalDateTime datetimeFromClock = LocalDateTime.now( clock );
System.out.println( datetime );
System.out.println( datetimeFromClock );
下面是程序在控制台上的输出：
2014-04-12T11:37:52.309
2014-04-12T15:37:52.309
如果你需要特定时区的日期/时间，那么ZonedDateTime是你的选择。它持有ISO-8601格式具具有时区信息的日期与时间。下面是一些不同时区的例子：
//
Get the zoned
date
/time
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 );
下面是程序在控制台上的输出：
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
]
最后，让我们看一下Duration类：在秒与纳秒级别上的一段时间。Duration使计算两个日期间的不同变的十分简单。下面让我们看一个这方面的例子。
// Get duration between two dates
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() );
上面的例子计算了两个日期2014年4月16号与2014年4月16号之间的过程。下面是程序在控制台上的输出：
Duration
in
days: 365
Duration
in
hours: 8783
对Java 8在日期/时间API的改进整体印象是非常非常好的。一部分原因是因为它建立在“久战杀场”的Joda-Time基础上，另一方面是因为用来大量的时间来设计它，并且这次程序员的声音得到了认可。更多详情请参考官方文档。
4.4 JavaScript引擎Nashorn
Nashorn，一个新的JavaScript引擎随着Java 8一起公诸于世，它允许在JVM上开发运行某些JavaScript应用。Nashorn就是javax.script.ScriptEngine的另一种实现，并且它们俩遵循相同的规则，允许Java与JavaScript相互调用。下面看一个例子：
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;" ) );
下面是程序在控制台上的输出：
jdk.nashorn.api.scripting.NashornScriptEngine
Result: 2
我们在后面的Java新工具章节会再次谈到Nashorn。
4.5 Base64
在Java 8中，Base64编码已经成为Java类库的标准。它的使用十分简单，下面让我们看一个例子：
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 );
}
}
程序在控制台上输出了编码后的字符与解码后的字符：
QmFzZTY0IGZpbmFsbHkgaW4gSmF2YSA4IQ==
Base64 finally in Java 8!
Base64类同时还提供了对URL、MIME友好的编码器与解码器（Base64.getUrlEncoder() / Base64.getUrlDecoder(), Base64.getMimeEncoder() / Base64.getMimeDecoder()）。
4.6 并行（parallel）数组
Java 8增加了大量的新方法来对数组进行并行处理。可以说，最重要的是parallelSort()方法，因为它可以在多核机器上极大提高数组排序的速度。下面的例子展示了新方法（parallelXxx）的使用。
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();
}
}
上面的代码片段使用了parallelSetAll()方法来对一个有20000个元素的数组进行随机赋值。然后，调用parallelSort方法。这个程序首先打印出前10个元素的值，之后对整个数组排序。这个程序在控制台上的输出如下（请注意数组元素是随机生产的）：
Unsorted: 591217 891976 443951 424479 766825 351964 242997 642839 119108 552378
Sorted: 39 220 263 268 325 607 655 678 723 793
4.7 并发（Concurrency）
在新增Stream机制与lambda的基础之上，在java.util.concurrent.ConcurrentHashMap中加入了一些新方法来支持聚集操作。同时也在java.util.concurrent.ForkJoinPool类中加入了一些新方法来支持共有资源池（common pool）（请查看我们关于Java 并发的免费课程）。
新增的java.util.concurrent.locks.StampedLock类提供一直基于容量的锁，这种锁有三个模型来控制读写操作（它被认为是不太有名的java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock类的替代者）。
在java.util.concurrent.atomic包中还增加了下面这些类：
DoubleAccumulator
DoubleAdder
LongAccumulator
LongAdder