Java8学习笔记之类库的更新

1、集合

Collection API在Java 8中重大的更新就是引入了流，此外Collection API还有一部分更新。

1）其他新增的方法

Java API的设计者们充分利用默认方法，为集合接口和类新增了多个新的方法。 集合类和接口中新增的方法

• Map
  Map接口的变化是增加了多个新方法，利用这些新方法能更加便利地操纵Map中的数据。比如，getOrDefault方法就可以替换现在检测Map中是否包含给定键映射的惯用方法。如 果Map中不存在这样的键映射，可以提供一个默认值，方法会返回该默认值。使用之前版本的Java，要实现这一目的，可能会写如下代码：

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
Integer count = 0;
if(map.containsKey("Aston")){
  count = map.get("Aston");
}

使用新Map接口后，只需要编写一行代码就能实现：

Integer count = map.getOrDefault("Aston", 0);

注意：此方法仅在没有映射时才生效。如果键被显式地映射到了空值，那么该方法不会返回设定的默认值。
另一个有用的方法是computeIfAbsent，它能帮助你非常方便地使用缓存模式。比如，我们假设你需要从不同的网站抓取和处理数据。这种场景下，如果能够缓存数据是非常有帮助的，这样就不需要每次都执行数据抓取操作了：

public String getData(String url){
  String data = cache.get(url);
  if(data == null){ //检查数据是否已缓存
    data = getData(url);
    cache.put(url, data); //如果数据没有缓存，就访问网站 抓取数据，紧接着对Map中的数据进行缓存
  }
  return data;
}

现在可以通过computeIfAbsent用更加精炼的方式实现：

public String getData(String url){
  return cache.computeIfAbsent(url, this::getData);
}

• 集合
  removeIf方法可以移除集合中满足某个谓词的所有元素。它和Stream API中的filter方法不同。Stream API中的filter方法会产生一个新的流，不会对当前作为数据源的流做任何变更。
• 列表
  replaceAll方法会对列表中的每一个元素执行特定的操作，并用处理的结果替换该元素。它的功能和Stream中的map方法非常相似，不过replaceAll会修改列表中的元素。相反map方法会生成新的元素。
  下面这段代码会打印输出[2,4,6,8,10]，因为列表中的元素被原地修改了：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
numbers.replaceAll(x -> x * 2);
System.out.println(numbers);

2）Collections类

Collections类的主要功能是操作或返回集合。Java 8中它又 新增了一个方法，该方法可以返回不可修改的、同步的、受检查的或是空的NavigableMap或NavigableSet。此外，它还引入了checkedQueue方法，该方法返回一个队列视图，可以扩展进行动态类型检查。

3）Comparator

Comparator接口现在同时包含了默认方法和静态方法。可以使用静态方法Comparator.comparing返回一个Comparator对象，该对象提供了一个函数可以提取排序关键字。
新的实例方法包含如下方法：

• reversed：对当前的Comparator对象进行逆序排序，并返回排序后新Comparator对象。
• thenComparing：两个对象相同时，返回使用另一个Comparator进行比较的Comparator对象。
• thenComparingInt、thenComparingDouble、thenComparingLong：这些方法的工作方式和thenComparing方法类似，不过它们的处理函数是特别针对某些基本数据类型（分别对应于ToIntFunction、ToDoubleFunction和ToLongFunction）的。

新的静态方法如下：

• comparingInt、comparingDouble、comparingLong：它们的工作方式和comparing类似，但接受的函数特别针对某些基本数据类型（分别对应于ToIntFunction、 ToDoubleFunction和ToLongFunction）。
• naturalOrder：对Comparable对象进行自然排序，返回一个Comparator对象。
• nullsFirst、nullsLast：对空对象和非空对象进行比较，可以指定空对象（null）比非空对象（non-null）小或者比非空对象大，返回值是一个Comparator对象。
• reverseOrder：和naturalOrder().reversed()方法类似。

2、并发

Java 8中引入了多个与并发相关的更新，如并行流、CompletableFuture类、Arrays类现在支持并发操作。

1）原子操作

java.util.concurrent.atomic包提供了多个对数字类型进行操作的类，比如AtomicInteger和AtomicLong，它们支持对单一变量的原子操作。这些类在Java 8中新增了更多的方法支持。

• getAndUpdate：以原子方式用给定的方法更新当前值，并返回变更之前的值。
• updateAndGet：以原子方式用给定的方法更新当前值，并返回变更之后的值。
• getAndAccumulate：以原子方式用给定的方法对当前及给定的值进行更新，并返回变更之前的值。
• accumulateAndGet：以原子方式用给定的方法对当前及给定的值进行更新，并返回变更之后的值。
  以原子方式比较一个原子整型值和一个给定的观测值，并将变量设定为二者中较小的一个：

int min = atomicInteger.accumulateAndGet(10, Integer::min);

Adder和Accumulator
在多线程中，如果多个线程需要频繁地进行更新操作，且很少有读取的动作，Java API文档中推荐使用新的类LongAdder、LongAccumulator、DoubleAdder及DoubleAccumulator，尽量避免使用它们对应的原子类型。这些新的类在设计之初就考虑了动态增长的需求，可以有效地减少线程间的竞争。
LongAddr和DoubleAdder类都支持加法操作，而LongAccumulator和DoubleAccumulator可以使用给定的方法整合多个值。
使用LongAdder计算多个值之和：

LongAdder adder = new LongAdder(); //使用默认构造器，初始的sum值为0
adder.add(10); //在多个不同的线程中进行加法运算
// … 
long sum = adder.sum(); //得出sum的值

使用LongAccumulator计算多个值之和：

LongAccumulator acc = new LongAccumulator(Long::sum, 0);
acc.accumulate(10); //在几个不同的线程中累计计算值
// …
long result = acc.get(); //在某个时刻得出结果

2）ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap类极大地提升了HashMap现代化的程度，它对并发的支持非常友好。ConcurrentHashMap允许并发地进行新增和更新操作，因为它仅对内部数据结构的某些部分上锁。和Hashtable比，它具有更高的读写性能。

• 性能
  为了改善性能，要对ConcurrentHashMap的内部数据结构进行调整。典型情况下，map的条目会被存储在桶中，依据键生成哈希值进行访问。如果大量键返回相同的哈希值，由于桶是由List实现的，它的查询复杂度为O(n)，这种情况下性能会恶化。
  在Java 8中，当桶过于臃肿时，它们会被动态地替换为排序树（sorted tree），新的数据结构具有更好的查询性能（排序树的查询复杂度为O(log(n))）。注意，这种优化只有当键是可以比较的（如String或Number类）时才可能发生。
• 类流操作
  ConcurrentHashMap支持三种新的操作：
  1）forEach：对每个键值对进行特定的操作
  2）reduce：使用给定的精简函数（reduction function），将所有的键值对整合出一个结果
  3）search：对每一个键值对执行一个函数，直到函数的返回值为一个非空值
  以上每种操作都支持四种形式，接受使用键、值、Map.Entry以及键值对的函数：
  1）使用键和值的操作（forEach、reduce、search）
  2）使用键的操作（forEachKey、reduceKeys、searchKeys）
  3）使用值的操作（forEachValue、reduceValues、searchValues）
  4）使用Map.Entry对象的操作（forEachEntry、reduceEntries、searchEntries）

这些操作不会对ConcurrentHashMap的状态上锁。它们只会在运行过程中对元素进行操作。应用到这些操作上的函数不应该对任何的顺序，或其他对象，或在计算过程发生变 化的值，有依赖。
此外，如果需要为这些操作指定一个并发阈值。如果经过预估当前map的大小小于设定的阈值，操作会顺序执行。使用值1开启基于通用线程池的大并行。使用值Long.MAX_VALUE设定程序以单线程执行操作。

ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
Optional<Integer> maxValue = Optional.of(map.reduceValues(1, Integer::max));

对int、long和double，它们的reduce操作各有不同（比如reduceValuesToInt、 reduceKeysToLong等）。

• 计数
  ConcurrentHashMap类提供了一个新方法mappingCount，它以长整型long返回map中映射的数目。应尽量使用这个新方法，而不是老的size方法，size方法返回的类型为int。这是因为映射的数量可能是int无法表示的。
• 集合视图
  ConcurrentHashMap类还提供了一个名为KeySet的新方法，该方法以Set的形式返回ConcurrentHashMap的一个视图（对map的修改会反映在该Set中，反之亦然）。也可以使用新的静态方法newKeySet，由ConcurrentHashMap创建一个Set。

3、Arrays

Arrays类提供了不同的静态方法对数组进行操作。现在，它又包括了四个新的方法（它们都有特别重载的变量）。

1）使用parallelSort

parallelSort方法会以并发的方式对指定的数组进行排序，可以使用自然顺序，也可以为数组对象定义特别的Comparator。

2）使用setAll和parallelSetAll

setAll和parallelSetAll方法可以以顺序的方式，也可以用并发的方式，使用提供的函数计算每一个元素的值，对指定数组中的所有元素进行设置。该函数接受元素的索引，返回该索引元素对应的值。由于parallelSetAll需要并发执行，所以提供的函数必须没有任何副作用。
使用setAll方法生成一个值为0, 2, 4, 6, …的数组：

int[] numbers = new int[10];
Arrays.setAll(numbers , i -> i * 2);

3）使用parallelPrefix

parallelPrefix方法以并发的方式，用用户提供的二进制操作符对给定数组中的每个元素进行累积计算。
使用parallelPrefix并发地累积数组中的元素:

int[] ones = new int[10];
Arrays.fill(ones, 1);
Arrays.parallelPrefix(ones, (a, b) -> a + b); //ones现在的内容是[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

4、Number和Math

Java 8 API对Number和Math也做了改进，为它们增加了新的方法。

1）Number

Number类中新增的方法如下：

• Short、Integer、Long、Float和Double类提供了静态方法sum、min和max。
• Integer和Long类提供了compareUnsigned、divideUnsigned、remainderUnsigned和toUnsignedLong方法来处理无符号数。
• Integer和Long类也分别提供了静态方法parseUnsignedInt和parseUnsignedLong将字符解析为无符号int或long类型。
• Byte和Short类提供了toUnsignedInt和toUnsignedLong方法通过无符号转换将参数转化为int或long类型。类似地，Integer类也提供了静态方法toUnsignedLong。
• Double和Float类提供了静态方法isFinite，可以检查参数是否为有限浮点数。
• Boolean类现在提供了静态方法logicalAnd、logicalOr和logicalXor，可以在两个boolean之间执行and、or和xor操作。
• BigInteger类提供了byteValueExact、shortValueExact、intValueExact和longValueExact，可以将BigInteger类型的值转换为对应的基础类型。如果在转换过程中有信息丢失，方法会抛出算术异常。

2）Math

如果Math中的方法在操作中出现溢出，Math类提供了新的方法可以抛出算术异常。支持这一异常的方法包括使用int和long参数的addExact、subtractExact、multipleExact、incrementExact、decrementExact和negateExact。
此外，Math类还新增了一个静态方法toIntExact，可以将long值转换为int值。其他的新增内容包括静态方法floorMod、floorDiv 和nextDown。

5、Files

Files类引人注目的改变是，可以用文件直接产生流。通过新的静态方法Files.lines，可以以延迟方式读取文件的内容，并将其作为一个流。此外，还有一些非常有用的静态方法可以返回流：

• Files.list：生成由指定目录中所有条目构成的Stream<Path>。这个列表不是递归包含的。由于流是延迟消费的，处理包含内容非常庞大的目录时，这个方法非常有用。
• Files.walk：和Files.list类似，它也生成包含给定目录中所有条目的Stream<Path>。不过这个列表是递归的，可以设定递归的深度。注意，该遍历是依照深度优先进行的。
• Files.find：通过递归遍历一个目录找到符合条件的条目，并生成一个Stream<Path>对象。

6、Reflection

Reflection API的变化就是为了支撑注解机制的改变。此外，Relection接口的另一个变化是新增了可以查询方法参数信息的API。比如，可以使用新增的java.lang.reflect.Parameter类查询方法参数的名称和修饰符，这个类被新的java.lang.reflect.Executable类所引用，而java.lang.reflect.Executable通用函数和构造函数共享的父类。

7、String

String类也新增了一个静态方法join。它可以用一个分隔符将多个字符串连接起来。

String authors = String.join(", ", "a", "b", "c");
System.out.println(authors); //a,b,c

--参考文献《Java8实战》