Java 8的新特性
1. 簡介
毫無疑問，Java 8是Java自Java 5（釋出於2004年）之後的最重要的版本。這個版本包含語言、編譯器、庫、工具和JVM等方面的十多個新特性。在本文中我們將學習這些新特性，並用實際的例子說明在什麼場景下適合使用。
這個教程包含Java開發者經常面對的幾類問題：
- 語言
- 編譯器
- 庫
- 工具
- 執行時（JVM）
2. Java語言的新特性
Java 8是Java的一個重大版本，有人認為，雖然這些新特性領Java開發人員十分期待，但同時也需要花不少精力去學習。在這一小節中，我們將介紹Java 8的大部分新特性。
2.1 Lambda表示式和函式式介面
Lambda表示式（也稱為閉包）是Java 8中最大和最令人期待的語言改變。它允許我們將函式當成引數傳遞給某個方法，或者把程式碼本身當作資料處理：
Lambda的設計耗費了很多時間和很大的社群力量，最終找到一種折中的實現方案，可以實現簡潔而緊湊的語言結構。最簡單的Lambda表示式可由逗號分隔的引數列表、->符號和語句塊組成，例如：
Arrays.asList( "a", "b", "d" ).forEach( e -> System.out.println( e ) );在上面這個程式碼中的引數e的型別是由編譯器推理得出的，你也可以顯式指定該引數的型別，例如：
Arrays.asList( "a", "b", "d" ).forEach( ( String e ) -> System.out.println( e ) );如果Lambda表示式需要更復雜的語句塊，則可以使用花括號將該語句塊括起來，類似於Java中的函式體，例如：
Arrays.asList( "a", "b", "d" ).forEach( e -> {
System.out.print( e );
System.out.print( e );
} );Lambda表示式可以引用類成員和區域性變數（會將這些變數隱式得轉換成final的），例如下列兩個程式碼塊的效果完全相同：
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表示式有返回值，返回值的型別也由編譯器推理得出。如果Lambda表示式中的語句塊只有一行，則可以不用使用return語句，下列兩個程式碼片段效果相同：
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的設計者們為了讓現有的功能與Lambda表示式良好相容，考慮了很多方法，於是產生了函式介面這個概念。函式介面指的是隻有一個函式的介面，這樣的介面可以隱式轉換為Lambda表示式。java.lang.Runnable和java.util.concurrent.Callable是函式式介面的最佳例子。在實踐中，函式式介面非常脆弱：只要某個開發者在該介面中新增一個函式，則該介面就不再是函式式介面進而導致編譯失敗。為了克服這種程式碼層面的脆弱性，並顯式說明某個介面是函式式介面，Java 8 提供了一個特殊的註解@FunctionalInterface（Java 庫中的所有相關介面都已經帶有這個註解了），舉個簡單的函式式介面的定義：
@FunctionalInterface
public interface Functional {
void method();
}不過有一點需要注意，預設方法和靜態方法不會破壞函式式介面的定義，因此如下的程式碼是合法的。
@FunctionalInterface
public interface FunctionalDefaultMethods {
void method();
default void defaultMethod() {
}
}Lambda表示式作為Java 8的最大賣點，它有潛力吸引更多的開發者加入到JVM平臺，並在純Java程式設計中使用函數語言程式設計的概念。如果你需要了解更多Lambda表示式的細節，可以參考官方文件。
2.2 介面的預設方法和靜態方法
Java 8使用兩個新概念擴充套件了介面的含義：預設方法和靜態方法。預設方法使得介面有點類似traits，不過要實現的目標不一樣。預設方法使得開發者可以在 不破壞二進位制相容性的前提下，往現存介面中新增新的方法，即不強制那些實現了該介面的類也同時實現這個新加的方法。
預設方法和抽象方法之間的區別在於抽象方法需要實現，而預設方法不需要。介面提供的預設方法會被介面的實現類繼承或者覆寫，例子程式碼如下：
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介面使用關鍵字default定義了一個預設方法notRequired()。DefaultableImpl類實現了這個介面，同時預設繼承了這個介面中的預設方法；OverridableImpl類也實現了這個介面，但覆寫了該介面的預設方法，並提供了一個不同的實現。
Java 8帶來的另一個有趣的特性是在介面中可以定義靜態方法，例子程式碼如下：
private interface DefaulableFactory {
// Interfaces now allow static methods
static Defaulable create( Supplier< Defaulable > supplier ) {
return supplier.get();
}
}下面的程式碼片段整合了預設方法和靜態方法的使用場景：
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() );
}這段程式碼的輸出結果如下：
Default implementation
Overridden implementation由於JVM上的預設方法的實現在位元組碼層面提供了支援，因此效率非常高。預設方法允許在不打破現有繼承體系的基礎上改進介面。該特性在官方庫中的應用是：給java.util.Collection介面新增新方法，如stream()、parallelStream()、forEach()和removeIf()等等。
儘管預設方法有這麼多好處，但在實際開發中應該謹慎使用：在複雜的繼承體系中，預設方法可能引起歧義和編譯錯誤。如果你想了解更多細節，可以參考官方文件。
2.3 方法引用
方法引用使得開發者可以直接引用現存的方法、Java類的構造方法或者例項物件。方法引用和Lambda表示式配合使用，使得java類的構造方法看起來緊湊而簡潔，沒有很多複雜的模板程式碼。
西門的例子中，Car類是不同方法引用的例子，可以幫助讀者區分四種類型的方法引用。
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() );
}
}第一種方法引用的型別是構造器引用，語法是Class::new，或者更一般的形式：Class<T>::new。注意：這個構造器沒有引數。
final Car car = Car.create( Car::new );
final List< Car > cars = Arrays.asList( car );第二種方法引用的型別是靜態方法引用，語法是Class::static_method。注意：這個方法接受一個Car型別的引數。
cars.forEach( Car::collide );第三種方法引用的型別是某個類的成員方法的引用，語法是Class::method，注意，這個方法沒有定義入參：
cars.forEach( Car::repair );第四種方法引用的型別是某個例項物件的成員方法的引用，語法是instance::method。注意：這個方法接受一個Car型別的引數：
final Car police = Car.create( Car::new );
cars.forEach( police::follow );執行上述例子，可以在控制檯看到如下輸出（Car例項可能不同）：
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如果想了解和學習更詳細的內容，可以參考官方文件
2.4 重複註解
自從Java 5中引入註解以來，這個特性開始變得非常流行，並在各個框架和專案中被廣泛使用。不過，註解有一個很大的限制是：在同一個地方不能多次使用同一個註解。Java 8打破了這個限制，引入了重複註解的概念，允許在同一個地方多次使用同一個註解。
在Java 8中使用@Repeatable註解定義重複註解，實際上，這並不是語言層面的改進，而是編譯器做的一個trick，底層的技術仍然相同。可以利用下面的程式碼說明：
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() );
}
}
}正如我們所見，這裡的Filter類使用@Repeatable(Filters.class)註解修飾，而Filters是存放Filter註解的容器，編譯器儘量對開發者遮蔽這些細節。這樣，Filterable介面可以用兩個Filter註解註釋（這裡並沒有提到任何關於Filters的資訊）。
另外，反射API提供了一個新的方法：getAnnotationsByType()，可以返回某個型別的重複註解，例如Filterable.class.getAnnoation(Filters.class)將返回兩個Filter例項，輸出到控制檯的內容如下所示：
filter1
filter2如果你希望瞭解更多內容，可以參考官方文件。
2.5 更好的型別推斷
Java 8編譯器在型別推斷方面有很大的提升，在很多場景下編譯器可以推匯出某個引數的資料型別，從而使得程式碼更為簡潔。例子程式碼如下：
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;
}
}下列程式碼是Value<String>型別的應用：
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() );
}
}
引數Value.defaultValue()的型別由編譯器推導得出，不需要顯式指明。在Java 7中這段程式碼會有編譯錯誤，除非使用Value.<String>defaultValue()。
2.6 拓寬註解的應用場景
Java 8拓寬了註解的應用場景。現在，註解幾乎可以使用在任何元素上：區域性變數、介面型別、超類和介面實現類，甚至可以用在函式的異常定義上。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新增的兩個註解，用於描述註解的使用場景。Java 語言也做了對應的改變，以識別這些新增的註解。
3. Java編譯器的新特性
3.1 引數名稱
為了在執行時獲得Java程式中方法的引數名稱，老一輩的Java程式設計師必須使用不同方法，例如Paranamer liberary。Java 8終於將這個特性規範化，在語言層面（使用反射API和Parameter.getName()方法）和位元組碼層面（使用新的javac編譯器以及-parameters引數）提供支援。
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中這個特性是預設關閉的，因此如果不帶-parameters引數編譯上述程式碼並執行，則會輸出如下結果：
Parameter: arg0如果帶-parameters引數，則會輸出如下結果（正確的結果）：
Parameter: args如果你使用Maven進行專案管理，則可以在maven-compiler-plugin編譯器的配置項中配置-parameters引數：
<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官方庫的新特性
Java 8增加了很多新的工具類（date/time類），並擴充套件了現存的工具類，以支援現代的併發程式設計、函數語言程式設計等。
4.1 Optional
Java應用中最常見的bug就是空值異常。在Java 8之前，Google Guava引入了Optionals類來解決NullPointerException，從而避免原始碼被各種null檢查汙染，以便開發者寫出更加整潔的程式碼。Java 8也將Optional加入了官方庫。
Optional僅僅是一個容易：存放T型別的值或者null。它提供了一些有用的介面來避免顯式的null檢查，可以參考Java 8官方文件瞭解更多細節。
接下來看一點使用Optional的例子：可能為空的值或者某個型別的值：
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例項持有一個非空值，則isPresent()方法返回true，否則返回false；orElseGet()方法，Optional例項持有null，則可以接受一個lambda表示式生成的預設值；map()方法可以將現有的Opetional例項的值轉換成新的值；orElse()方法與orElseGet()方法類似，但是在持有null的時候返回傳入的預設值。
上述程式碼的輸出結果如下：
Full Name is set? false
Full Name: [none]
Hey Stranger!再看下另一個簡單的例子：
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();這個例子的輸出是：
First Name is set? true
First Name: Tom
Hey Tom!如果想了解更多的細節，請參考官方文件。
4.2 Streams
新增的Stream API（java.util.stream）將生成環境的函數語言程式設計引入了Java庫中。這是目前為止最大的一次對Java庫的完善，以便開發者能夠寫出更加有效、更加簡潔和緊湊的程式碼。
Steam API極大得簡化了集合操作（後面我們會看到不止是集合），首先看下這個叫Task的類：
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類有一個分數（或偽複雜度）的概念，另外還有兩種狀態：OPEN或者CLOSED。現在假設有一個task集合：
final Collection< Task > tasks = Arrays.asList(
new Task( Status.OPEN, 5 ),
new Task( Status.OPEN, 13 ),
new Task( Status.CLOSED, 8 )
);首先看一個問題：在這個task集合中一共有多少個OPEN狀態的點？在Java 8之前，要解決這個問題，則需要使用foreach迴圈遍歷task集合；但是在Java 8中可以利用steams解決：包括一系列元素的列表，並且支援順序和並行處理。
// 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 );執行這個方法的控制檯輸出是：
Total points: 18這裡有很多知識點值得說。首先，tasks集合被轉換成steam表示；其次，在steam上的filter操作會過濾掉所有CLOSED的task；第三，mapToInt操作基於每個task例項的Task::getPoints方法將task流轉換成Integer集合；最後，通過sum方法計算總和，得出最後的結果。
在學習下一個例子之前，還需要記住一些steams（點此更多細節）的知識點。Steam之上的操作可分為中間操作和晚期操作。
中間操作會返回一個新的steam——執行一箇中間操作（例如filter）並不會執行實際的過濾操作，而是建立一個新的steam，並將原steam中符合條件的元素放入新建立的steam。
晚期操作（例如forEach或者sum），會遍歷steam並得出結果或者附帶結果；在執行晚期操作之後，steam處理線已經處理完畢，就不能使用了。在幾乎所有情況下，晚期操作都是立刻對steam進行遍歷。
steam的另一個價值是創造性地支援並行處理（parallel processing）。對於上述的tasks集合，我們可以用下面的程式碼計算所有任務的點數之和：
// 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 );這裡我們使用parallel方法並行處理所有的task，並使用reduce方法計算最終的結果。控制檯輸出如下：
Total points（all tasks）: 26.0對於一個集合，經常需要根據某些條件對其中的元素分組。利用steam提供的API可以很快完成這類任務，程式碼如下：
// Group tasks by their status
final Map< Status, List< Task > > map = tasks
.stream()
.collect( Collectors.groupingBy( Task::getStatus ) );
System.out.println( map );控制檯的輸出如下：
{CLOSED=[[CLOSED, 8]], OPEN=[[OPEN, 5], [OPEN, 13]]}最後一個關於tasks集合的例子問題是：如何計算集合中每個任務的點數在集合中所佔的比重，具體處理的程式碼如下：
// 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 );控制檯輸出結果如下：
[19%, 50%, 30%]最後，正如之前所說，Steam API不僅可以作用於Java集合，傳統的IO操作（從檔案或者網路一行一行得讀取資料）可以受益於steam處理，這裡有一個小例子：
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 );
}Stream的方法onClose 返回一個等價的有額外控制代碼的Stream，當Stream的close（）方法被呼叫的時候這個控制代碼會被執行。Stream API、Lambda表示式還有介面預設方法和靜態方法支援的方法引用，是Java 8對軟體開發的現代正規化的響應。
4.3 Date/Time API(JSR 310)
Java 8引入了新的Date-Time API(JSR 310)來改進時間、日期的處理。時間和日期的管理一直是最令Java開發者痛苦的問題。java.util.Date和後來的java.util.Calendar一直沒有解決這個問題（甚至令開發者更加迷茫）。
因為上面這些原因，誕生了第三方庫Joda-Time，可以替代Java的時間管理API。Java 8中新的時間和日期管理API深受Joda-Time影響，並吸收了很多Joda-Time的精華。新的java.time包包含了所有關於日期、時間、時區、Instant（跟日期類似但是精確到納秒）、duration（持續時間）和時鐘操作的類。新設計的API認真考慮了這些類的不變性（從java.util.Calendar吸取的教訓），如果某個例項需要修改，則返回一個新的物件。
我們接下來看看java.time包中的關鍵類和各自的使用例子。首先，Clock類使用時區來返回當前的納秒時間和日期。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() );這個例子的輸出結果是：
2014-04-12T15:19:29.282Z
1397315969360第二，關注下LocalDate和LocalTime類。LocalDate僅僅包含ISO-8601日曆系統中的日期部分；LocalTime則僅僅包含該日曆系統中的時間部分。這兩個類的物件都可以使用Clock物件構建得到。
// 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 );上述例子的輸出結果如下：
2014-04-12
2014-04-12
11:25:54.568
15:25:54.568LocalDateTime類包含了LocalDate和LocalTime的資訊，但是不包含ISO-8601日曆系統中的時區資訊。這裡有一些關於LocalDate和LocalTime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 );上述這個例子的輸出結果如下：
2014-04-12T11:37:52.309
2014-04-12T15:37:52.309如果你需要特定時區的data/time資訊，則可以使用ZoneDateTime，它儲存有ISO-8601日期系統的日期和時間，而且有時區資訊。下面是一些使用不同時區的例子：
// 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 );這個例子的輸出結果是：
2014-04-12T11:47:01.017-04:00[America/New_York]
2014