Java 8的新特性

Posted 2022-02-14 琦彦

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java 8的新特性相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

Java 8的新特性

前言： Java 8 已经发布很久了，很多报道表明Java 8 是一次重大的版本升级。在Java Code Geeks上已经有很多介绍Java 8新特性的文章，例如Playing with Java 8 – Lambdas and Concurrency、Java 8 Date Time API Tutorial : LocalDateTime和Abstract Class Versus Interface in the JDK 8 Era。本文还参考了一些其他资料，例如：15 Must Read Java 8 Tutorials和The Dark Side of Java 8。本文综合了上述资料，整理成一份关于Java 8新特性的参考教材，希望你有所收获。

1. 简介

毫无疑问，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。在本文中我们将学习这些新特性，并用实际的例子说明在什么场景下适合使用。

这个教程包含Java开发者经常面对的几类问题：

语言
编译器
库
工具
运行时（JVM）

2. Java语言的新特性

Java 8是Java的一个重大版本，有人认为，虽然这些新特性领Java开发人员十分期待，但同时也需要花不少精力去学习。在这一小节中，我们将介绍Java 8的大部分新特性。

2.1 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：函数式开发者非常熟悉这些概念。很多JVM平台上的语言（Groovy、 Scala等）从诞生之日就支持Lambda表达式，但是Java开发者没有选择，只能使用匿名内部类代替Lambda表达式。

Lambda的设计耗费了很多时间和很大的社区力量，最终找到一种折中的实现方案，可以实现简洁而紧凑的语言结构。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，例如：

Arrays.asList( "a", "b", "d" ).forEach( e -> System.out.println( e ) );

在上面这个代码中的参数e的类型是由编译器推理得出的，你也可以显式指定该参数的类型，例如：

Arrays.asList( "a", "b", "d" ).forEach( ( String e ) -> System.out.println( e ) );

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( "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），例如下列两个代码块的效果完全相同：

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

和

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，下列两个代码片段效果相同：

Arrays.asList( "a", "b", "d" ).sort( ( e1, e2 ) -> e1.compareTo( e2 ) );

和

Arrays.asList( "a", "b", "d" ).sort( ( e1, e2 ) -> 
    int result = e1.compareTo( e2 );
    return result;
 );

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：

@FunctionalInterface
public interface Functional 
    void method();

不过有一点需要注意，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 FunctionalDefaultMethods 
    void method();
        
    default void defaultMethod()

Lambda表达式作为Java 8的最大卖点，它有潜力吸引更多的开发者加入到JVM平台，并在纯Java编程中使用函数式编程的概念。如果你需要了解更多Lambda表达式的细节，可以参考官方文档。

2.2 接口的默认方法和静态方法

Java 8使用两个新概念扩展了接口的含义：默认方法和静态方法。默认方法使得接口有点类似traits(人的个性)，不过要实现的目标不一样。默认方法使得开发者可以在不破坏二进制兼容性的前提下，往现存接口中添加新的方法，即不强制那些实现了该接口的类也同时实现这个新加的方法。

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，例子代码如下：

private interface Defaulable 
    // Interfaces now allow default methods, the implementer may or 
    // may not implement (override) them.
    default String notRequired()  
        return "Default implementation"; 
            

        
private static class DefaultableImpl implements Defaulable 

    
private static class OverridableImpl implements Defaulable 
    @Override
    public String notRequired() 
        return "Overridden implementation";

Defaulable接口使用关键字default定义了一个默认方法notRequired()。DefaultableImpl类实现了这个接口，同时默认继承了这个接口中的默认方法；OverridableImpl类也实现了这个接口，但覆写了该接口的默认方法，并提供了一个不同的实现。

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，例子代码如下：

private interface DefaulableFactory 
    // Interfaces now allow static methods
    static Defaulable create( Supplier< Defaulable > supplier ) 
        return supplier.get();

下面的代码片段整合了默认方法和静态方法的使用场景：

public static void main( String[] args ) 
    Defaulable defaulable = DefaulableFactory.create( DefaultableImpl::new );
    System.out.println( defaulable.notRequired() );
        
    defaulable = DefaulableFactory.create( OverridableImpl::new );
    System.out.println( defaulable.notRequired() );

这段代码的输出结果如下：

Default implementation
Overridden implementation

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。如果你想了解更多细节，可以参考官方文档。

2.3 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。

西门的例子中，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 );

运行上述例子，可以在控制台看到如下输出（Car实例可能不同）：

Collided com.javacodegeeks.java8.method.references.MethodReferences$Car@7a81197d
Repaired com.javacodegeeks.java8.method.references.MethodReferences$Car@7a81197d
Following the com.javacodegeeks.java8.method.references.MethodReferences$Car@7a81197d

如果想了解和学习更详细的内容，可以参考官方文档

2.4 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。可以利用下面的代码说明：

package com.javacodegeeks.java8.repeatable.annotations;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Repeatable;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

public class RepeatingAnnotations 
    @Target( ElementType.TYPE )
    @Retention( RetentionPolicy.RUNTIME )
    public @interface Filters 
        Filter[] value();
    
    
    @Target( ElementType.TYPE )
    @Retention( RetentionPolicy.RUNTIME )
    @Repeatable( Filters.class )
    public @interface Filter 
        String value();
    ;
    
    @Filter( "filter1" )
    @Filter( "filter2" )
    public interface Filterable         
    
    
    public static void main(String[] args) 
        for( Filter filter: Filterable.class.getAnnotationsByType( Filter.class ) ) 
            System.out.println( filter.value() );

正如我们所见，这里的Filter类使用@Repeatable(Filters.class)注解修饰，而Filters是存放Filter注解的容器，编译器尽量对开发者屏蔽这些细节。这样，Filterable接口可以用两个Filter注解注释（这里并没有提到任何关于Filters的信息）。

另外，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，输出到控制台的内容如下所示：

filter1
filter2

如果你希望了解更多内容，可以参考官方文档。

2.5 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。例子代码如下：

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;

下列代码是**Value**类型的应用：

package com.javacodegeeks.java8.type.inference;

public class TypeInference 
    public static void main(String[] args) 
        final Value< String > value = new Value<>();
        value.getOrDefault( "22", Value.defaultValue() );

参数**Value.defaultValue()**的类型由编译器推导得出，不需要显式指明。在Java 7中这段代码会有编译错误，除非使用Value.<String>defaultValue()。

2.6 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。下面是一些例子

package com.javacodegeeks.java8.annotations;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

public class Annotations 
    @Retention( RetentionPolicy.RUNTIME )
    @Target(  ElementType.TYPE_USE, ElementType.TYPE_PARAMETER  )
    public @interface NonEmpty         
    
        
    public static class Holder< @NonEmpty T > extends @NonEmpty Object 
        public void method() throws @NonEmpty Exception            
        
    
        
    @SuppressWarnings( "unused" )
    public static void main(String[] args) 
        final Holder< String > holder = new @NonEmpty Holder< String >();       
        @NonEmpty Collection< @NonEmpty String > strings = new ArrayList<>();

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。

3. Java编译器的新特性

3.1 参数名称

为了在运行时获得Java程序中方法的参数名称，老一辈的Java程序员必须使用不同方法，例如Paranamer liberary。Java 8终于将这个特性规范化，在语言层面（使用反射API和Parameter.getName()方法）和字节码层面（使用新的javac编译器以及**-parameters**参数）提供支持。

package com.javacodegeeks.java8.parameter.names;

import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Parameter;

public class ParameterNames 
    public static void main(String[] args) throws Exception 
        Method method = ParameterNames.class.getMethod( "main", String[].class );
        for( final Parameter parameter: method.getParameters() ) 
            System.out.println( "Parameter: " + parameter.getName() );

在Java 8中这个特性是默认关闭的，因此如果不带**-parameters**参数编译上述代码并运行，则会输出如下结果：

Parameter: arg0

如果带**-parameters**参数，则会输出如下结果（正确的结果）：

Parameter: args

如果你使用Maven进行项目管理，则可以在maven-compiler-plugin编译器的配置项中配置**-parameters**参数：

<plugin>
    <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
    <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
    <version>3.1</version>
    <configuration>
        <compilerArgument>-parameters</compilerArgument>
        <source>1.8</source>
        <target>1.8</target>
    </configuration>
</plugin>

4. Java官方库的新特性

Java 8增加了很多新的工具类（date/time类），并扩展了现存的工具类，以支持现代的并发编程、函数式编程等。

4.1 Optional

Java应用中最常见的bug就是空值异常。在Java 8之前，Google Guava引入了Optionals类来解决NullPointerException，从而避免源码被各种null检查污染，以便开发者写出更加整洁的代码。Java 8也将Optional加入了官方库。

Optional仅仅是一个容器：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，可以参考Java 8官方文档了解更多细节。

接下来看一点使用Optional的例子：可能为空的值或者某个类型的值：

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实例持有一个非空值，则**isPresent()**方法返回true，否则返回false；**orElseGet()**方法，Optional实例持有null，则可以接受一个lambda表达式生成的默认值；

map()方法可以将现有的Optional实例的值转换成新的值；

**orElse()方法与orElseGet()**方法类似，但是在持有null的时候返回传入的默认值。

上述代码的输出结果如下：

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

再看下另一个简单的例子：

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();

这个例子的输出是：

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

如果想了解更多的细节，请参考官方文档。

4.2 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。

Stream API极大得简化了集合操作（后面我们

以上是关于Java 8的新特性的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

Java 8的新特性—终极版

浅谈Java 8的新特性和使用场景

从 Java 8 到 Java 15 的新特性

Java 8新特性终极指南

Java 8的新特性—终极版(转)