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JDK8 的新特性（下篇：Java类库的新特性）本文由 ImportNew - 刘 家财 翻译自 javacodegeeks。
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。
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!
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。
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。
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
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
5. 总结
更多展望：Java 8通过发布一些可以增加程序员生产力的特性来推进这个伟大的平台的进步。现在把生产环境迁移到Java 8还为时尚早，但是在接下来的几个月里，它会被大众慢慢的接受。毫无疑问，现在是时候让你的代码与Java 8兼容，并且在Java 8足够安全稳定的时候迁移到Java 8。
作为社区对Java 8的认可，最近Pivotal发布了可在生产环境下支持Java 8的Spring Framework 4.0.3。
程序猿的技术大观园：www.javathinker.net
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Java技术网站 → 『 Java开发技术 』 → 『 Java编程技术专题 』 → JDK8 的新特性（下篇：Java类库的新特性）
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