Java 8是Java语言发展史上的一个里程碑，它在2014年3月18日正式发布。Java 8的发布引入了一系列创新的功能和改进，极大地提升了Java语言的表达能力、灵活性和性能。
Java 8的里程碑意义
Java 8标志着Java语言向函数式编程范式迈出了重要的一步。它不仅提高了开发人员的编码效率，还使得代码更加简洁和易于维护。
示例：Lambda表达式前的写法
在Java 8之前，实现一个简单的操作通常需要匿名内部类的繁琐写法：
Arrays.sort(numbers, new Comparator() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return o1.compareTo(o2);
}
});
新特性概览与效率、功能提升
Java 8引入的新特性主要包括Lambda表达式、Stream API、新的日期和时间API、接口的默认方法、Optional类等。这些新特性不仅提高了编程效率，还增强了Java语言的功能。
示例：Lambda表达式简化的写法
Java 8通过Lambda表达式简化了上述代码：
Arrays.sort(numbers, (o1, o2) -> o1.compareTo(o2));
Stream API的引入
Stream API的引入为集合操作带来了声明式的处理方式，使得对集合的查询、过滤、排序等操作更加直观和高效。
示例：使用Stream API进行排序
List sortedNames = names.stream()
.sorted()
.collect(Collectors.toList());
新日期和时间API的改进
新的日期和时间API java.time 包提供了更加丰富和灵活的日期时间处理能力，解决了原有java.util.Date和Calendar类的问题。
示例：使用新的日期时间API
LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
System.out.println("Current date and time: " + now);
接口中的默认方法
接口中的默认方法使得我们可以在不破坏现有实现的情况下，为接口添加新的方法实现。
示例：接口的默认方法
interface Formula {
default double calculate(int a) {
return Math.pow(a, 2);
}
}
class Square implements Formula {
@Override
public double calculate(int a) {
return a * a; // 可以覆盖默认方法
}
}
Optional类与空值处理
Optional类是Java 8引入的一个容器类，用于解决空指针异常的问题，提倡更安全的空值检查。
示例：使用Optional类
Optional optional = Optional.ofNullable(getString());
optional.ifPresent(System.out::println);
结论
Java 8的新特性不仅使代码更加简洁、易于阅读和维护，还提高了代码的性能和响应能力。在接下来的章节中，我们将对这些新特性进行深入探讨，并展示它们如何提升我们的编程实践。
Lambda表达式
Lambda表达式是Java 8中引入的一种简洁的匿名函数表示形式，它允许你以一种更简洁的语法编写实例化函数的过程。
函数式编程的引入
函数式编程是一种编程范式，它将函数作为一等公民，即函数可以作为参数传递给其他函数，也可以作为结果被返回。
示例：传统的匿名内部类
在Java 8之前，实现一个简单的线程运行任务需要使用匿名内部类：
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(“Hello from an anonymous inner class!”);
}
}).start();
Lambda表达式的语法与应用
Lambda表达式的语法非常简洁，它允许你用一个简单的箭头->符号将参数和实现分隔开。
示例：使用Lambda表达式简化线程的创建
new Thread(() -> System.out.println(“Hello from a lambda expression!”)).start();
Lambda表达式与函数式接口
Lambda表达式经常与函数式接口一起使用。函数式接口是只包含一个抽象方法的接口。
示例：函数式接口
@FunctionalInterface
interface GreetingService {
void greet();
}
// 使用Lambda表达式实现函数式接口
GreetingService service = () -> System.out.println(“Hello!”);
service.greet();
Lambda表达式与方法引用
Java 8还引入了方法引用，它允许你直接引用已有方法或构造函数作为Lambda表达式的主体。
示例：方法引用
// 引用现有的方法作为Lambda表达式的实现
List list = Arrays.asList(“a”, “b”, “c”);
list.forEach(System.out::println);
Lambda表达式的限制
尽管Lambda表达式非常强大，但它们也有一些限制，比如它们不能访问外部的局部变量。
结论
Lambda表达式是Java 8中一个革命性的特性，它不仅简化了代码的编写，还使得函数式编程成为可能。
Stream API
Java 8引入了Stream API，为集合操作提供了一种声明式的处理方式，使得对集合的查询、过滤、排序等操作更加直观和高效。
集合操作的函数式编程
Stream API允许我们以函数式编程的方式处理集合，将操作链按步骤分解，提高了代码的可读性和可维护性。
示例：使用Stream API进行过滤和排序
List names = Arrays.asList(“Alice”, “Bob”, “Charlie”, “David”);
List sortedNames = names.stream()
.filter(name -> name.length() > 4) // 过滤出长度大于4的名称
.sorted(String::compareTo) // 对结果进行排序
.collect(Collectors.toList()); // 收集结果到列表
Stream API的高级用法
Stream API不仅支持终端操作，如forEach、collect、reduce等，还支持并行操作，以利用多核处理器提高性能。
示例：使用Stream API的并行版本
long count = names.parallelStream() // 开启并行流
.filter(name -> name.startsWith(“A”)) // 过滤以"A"开头的名称
.count(); // 计数
示例：使用reduce方法进行聚合操作
int sum = numbers.stream()
.reduce(0, (a, b) -> a + b); // 求和
Stream API与Lambda表达式的结合
Stream API中的操作通常需要Lambda表达式来指定操作细节，两者结合提供了强大的集合处理能力。
示例：Stream API与Lambda表达式结合使用
Set numbers = new HashSet<>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 5, 6));
long uniqueCount = numbers.stream()
.distinct() // 去除重复元素
.count(); // 计数
Stream API的局限性
虽然Stream API功能强大，但在某些情况下，如对性能要求极高的场景，使用传统的循环可能更优。
结论
Stream API是Java 8中一个创新的特性，它极大地简化了集合操作的复杂性，提高了代码的表达能力。
新的日期和时间API
Java 8引入了一套全新的日期和时间API，位于java.time包下，用以替代旧的java.util.Date和Calendar类。
java.time包的介绍
java.time包提供了一组全新的类，用于更直观、更安全地处理日期和时间。
主要类概览
LocalDate：表示不带时区的日期。
LocalTime：表示不带时区的时间。
LocalDateTime：表示日期和时间的组合，不带时区。
ZonedDateTime：表示带时区的日期和时间。
Instant：表示时间线上的一个瞬时点，与UTC相关。
示例：使用LocalDate
LocalDate today = LocalDate.now();
System.out.println("Today’s date: " + today);
LocalDate independenceDay = LocalDate.of(1776, 7, 4);
System.out.println("Independence Day: " + independenceDay);
新API的改进与使用示例
新API的设计考虑了不可变性和线程安全，提供了更丰富的日期时间操作方法。
示例：日期的加减操作
LocalDate birthDate = LocalDate.of(1990, 5, 17);
Period period = Period.between(birthDate, LocalDate.now());
System.out.println("Years since birth: " + period.getYears());
示例：时间的格式化和解析
DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern(“yyyy-MM-dd HH:mm:ss”);
String dateTimeString = “2024-07-04 12:00:00”;
LocalDateTime parsedDateTime = LocalDateTime.parse(dateTimeString, formatter);
System.out.println("Parsed date and time: " + parsedDateTime);
示例：使用ZonedDateTime处理时区
ZonedDateTime zonedDateTime = ZonedDateTime.now(ZoneId.of(“America/New_York”));
System.out.println("Current date and time in New York: " + zonedDateTime);
与旧API的兼容性
虽然新API提供了更好的解决方案，但在实际开发中，可能仍需与旧的java.util.Date和Calendar类交互。
示例：新旧API之间的转换
Date legacyDate = new Date();
Instant instant = legacyDate.toInstant(); // 转换旧日期到Instant
LocalDateTime localDateTime = instant.atZone(ZoneId.systemDefault()).toLocalDateTime();
System.out.println("Converted date and time: " + localDateTime);
结论
新的日期和时间API是Java 8中一个重要的改进，它提供了更准确、更易用的方法来处理日期和时间。
接口中的默认方法
Java 8允许在接口中添加具有默认实现的方法，这为接口的演进带来了新的可能性，同时保持了与旧版本的兼容性。
版本兼容性与新特性的平衡
在Java 8之前，接口主要用于定义一组行为的契约。Java 8放宽了这一限制，允许接口提供默认实现，使得可以在不破坏现有实现的情况下为接口添加新的方法。
示例：接口的默认方法
public interface Formula {
double calculate(int a);
default double sqrt(int a) {
return Math.sqrt(a);
}
}
默认方法的实现与最佳实践
默认方法提供了一种向后兼容的接口扩展方式，但使用时也需要注意一些最佳实践。
示例：使用默认方法
class Circle implements Formula {
private double radius;
public Circle(double radius) {
this.radius = radius;
}
@Override
public double calculate(int a) {
return Math.pow(radius, a);
}
}
Circle circle = new Circle(5);
System.out.println("Circle calculate(2): " + circle.calculate(2));
System.out.println("Circle sqrt(25): " + circle.sqrt(25));
默认方法与多重继承
默认方法也解决了Java中多重继承的问题，允许一个类实现多个接口，而不会运行时错误。
示例：多重继承
interface A {
default void show() {
System.out.println(“Interface A”);
}
}
interface B {
default void show() {
System.out.println(“Interface B”);
}
}
class C implements A, B {
// C可以正常实现A和B，而不会冲突
}
C c = new C();
c.show(); // 输出: Interface A (根据方法调用的顺序)
默认方法的冲突解决
当多个接口提供了相同的默认方法时，需要明确指定使用哪一个接口的实现。
示例：默认方法冲突
interface A {
default void method() {
System.out.println(“A”);
}
}
interface B {
default void method() {
System.out.println(“B”);
}
}
class C implements A, B {
@Override
public void method() {
A.super.method(); // 明确调用接口A的默认方法
}
}
C c = new C();
c.method(); // 输出: A
并行数组与新的Nashorn JavaScript引擎
Java 8在标准库中引入了两个显著的特性：对并行数组操作的支持和新的JavaScript引擎Nashorn。
并行数组操作
Java 8的Arrays类和Collection框架增加了并行操作方法，利用多核处理器提高性能。
示例：并行排序数组
int[] numbers = {5, 3, 1, 4, 2};
Arrays.parallelSort(numbers); // 并行排序数组
System.out.println(Arrays.toString(numbers));
并行流
并行数组操作通常与Stream API结合使用，以实现更高的数据处理吞吐量。
示例：并行流处理集合
List strings = Arrays.asList(“a1”, “b2”, “c3”);
long count = strings.parallelStream()
.filter(s -> s.startsWith(“a”))
.count();
System.out.println("Count: " + count);
新的Nashorn JavaScript引擎
Nashorn是一个内置的高性能JavaScript引擎，允许Java应用程序运行JavaScript代码。
Nashorn引擎的特点
轻量级，启动快速。
可以直接使用Java类和对象。
支持Java和JavaScript之间的无缝交互。
示例：使用Nashorn执行JavaScript代码
ScriptEngine engine = new ScriptEngineManager().getEngineByName(“nashorn”);
String jsScript = “print(‘Hello, JavaScript in Java!’);”;
try {
engine.eval(jsScript);
} catch (ScriptException e) {
e.printStackTrace();
}
Nashorn与Java对象的交互
Nashorn引擎可以访问Java对象的方法和字段，实现两者的无缝集成。
示例：在JavaScript中调用Java对象的方法
class GreetingService {
public String greet(String name) {
return "Hello, " + name + “!”;
}
}
GreetingService service = new GreetingService();
Bindings bindings = engine.createBindings();
bindings.put(“greetingService”, service);
engine.setBindings(bindings, ScriptContext.ENGINE_SCOPE);
String greetingScript = “print(greetingService.greet(‘World’));”;
engine.eval(greetingScript);
Optional类与更优雅的空值处理
Java 8引入了Optional类，旨在提供一种更有表现力的方式来处理可能为空的对象。
Optional类的使用
Optional类是一个容器类，它可能包含也可能不包含非空值。
示例：使用Optional
Optional optional = Optional.of(“Hello, World!”);
optional.ifPresent(System.out::println); // 输出: Hello, World!
避免NullPointerException
在Java 8之前，空值检查是必要的，以避免NullPointerException。Optional提供了一种避免这种异常的机制。
示例：避免NullPointerException
String result = Optional.ofNullable(getString())
.orElse(“Default Value”);
System.out.println(result);
Optional的工厂方法
Optional类提供了几种工厂方法，用于创建Optional实例。
of(T value): 接受一个非空的值。
ofNullable(T value): 接受可能为空的值。
示例：Optional的工厂方法
Optional of = Optional.of(“Non-null”); // 值必须非空
Optional ofNullable = Optional.ofNullable(getString());
Optional的常见方法
Optional类提供了一系列方法，用于处理可能为空的对象。
isPresent(): 检查是否有值存在。
ifPresent(Consumer<? super T> consumer): 如果存在值，则对其执行操作。
orElse(T other): 如果有值则返回该值，否则返回提供的其他值。
orElseGet(Supplier<? extends T> other): 如果有值则返回该值，否则使用提供的 Supplier 获取值。
示例：Optional的方法
Optional optional = Optional.ofNullable(getString());
String value = optional.orElse(“Default Value”); // 提供默认值
if (optional.isPresent()) {
System.out.println(“Value is present”);
}
String valueFromSupplier = optional.orElseGet(() -> “Value from Supplier”);
Optional与Stream API的结合
Optional可以与Stream API结合使用，处理可能为空的流元素。
示例：Optional与Stream API
Stream stream = Stream.of(“Java”, “8”, null, “Optional”);
Optional firstNonEmpty = stream
.filter(Objects::nonNull)
.findFirst();
firstNonEmpty.ifPresent(System.out::println); // 可能的输出: Java
Java 8的性能提升
Java 8不仅引入了诸多语言和API层面的改进，还带来了性能上的提升，这些提升来自于多个方面，包括垃圾收集器的改进、新的Lambda机制等。
垃圾收集器的改进
Java 8对垃圾收集器进行了优化，特别是对G1垃圾收集器的改进，使其更适合大堆内存的应用程序。
G1垃圾收集器
G1垃圾收集器旨在提供可预测的暂停时间，同时高效地利用CPU资源。
示例：启用G1垃圾收集器
java -XX:+UseG1GC -jar application.jar
Lambda表达式的性能
Lambda表达式在某些情况下可以提供与匿名内部类相当的性能，甚至在某些场景下更优。
示例：Lambda表达式的性能测试
Runnable r1 = () -> System.out.println(“Hello, Lambda!”);
Runnable r2 = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(“Hello, Anonymous Inner Class!”);
}
};
// 对两者进行性能比较测试
流（Stream）的性能
Stream API提供了一种新的数据处理方式，其内部实现经过优化，可以充分利用多核处理器的计算能力。
示例：使用并行流进行数据处理
List strings = Arrays.asList(“a”, “b”, “c”, “d”);
long count = strings.parallelStream().filter(s -> s.startsWith(“a”)).count();
优化的排序算法
Java 8对一些基本的排序算法进行了优化，提高了排序操作的性能。
示例：优化的排序性能
int[] numbers = {5, 3, 1, 4, 2};
Arrays.sort(numbers); // 使用优化的排序算法
其他性能提升
Java 8还包含了其他一些性能提升，如方法句柄的改进、新的红黑树实现等。
示例：方法句柄的性能
MethodHandle mh = MethodHandles.lookup().findVirtual(String.class, “charAt”, MethodType.methodType(char.class, int.class));
mh.invokeExact(“hello”, 0); // ‘h’