Java 7新特性深度解析：提升效率与功能

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Java 7新特性深度解析：提升效率与功能

一、Switch中添加对String类型的支持

Switch语句可以使用原始类型或枚举类型。

Java引入了另一种类型，可以在switch语句中使用：字符串类型。

public class switchAddString {
    public static void main(String[] args) {
        String s = "a";
        switch (s) {
            case "a":
                System.out.println("a");
                break; 
            case "b":
                System.out.println("b");
                break;
            default:
                System.out.println("default");
        }
    }
}

编译器在编译时的处理情形

1. 仅有一个case和default，则直接转换为if…else… 。
2. 有多个case。先将String转换为hashCode，然后相应的进行处理。

二、数字字面量的改进

1. 数字中可加入分隔符：
   • Java7中支持在数字量中间添加’_’作为分隔符。
   • 下划线仅仅能在数字中间。
   • 编译时编译器自己主动删除数字中的下划线。
2. Java7添加二进制表示。

public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        System.out.println("i=" + i);
        // 二进制
        int j = 0b1010;
        // 十六进制
        int k = 0x1234;
        // 1,000,000
        int l = 1_000_000;
        // 1,000,000
        int m = 1__000_000;
        System.out.println("j=" + j);
        System.out.println("k=" + k);
        System.out.println("l=" + l);
        System.out.println("m=" + m);
    }

三、异常处理（捕获多个异常）

1. catch子句能够同一时候捕获多个异常：
   • 使用’|'切割，多个类型，一个对象e 。
2. try-with-resources语句：
   • Java7之前须要在finally中关闭socket、文件、数据库连接等资源。
   • Java7引入try-with-resources，用于确保资源在使用后能够正确地关闭。
   • 在使用try-with-resources时，你可以在 try 关键字后面的括号中声明一个或多个资源。
   • 这些资源必须实现 AutoCloseable 接口（Java 7引入的接口，它具有一个 close() 方法用于释放资源）。

public static void main(String[] args) {
        // 捕获多个异常
        try {
            int a = 10;
            int b = 0;
            System.out.println("a/b=" + (a / b));
        } catch (ArithmeticException | NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // try-with-resources，在 try 关键字后面的括号中声明一个或多个资源，每个资源用逗号分隔
        String fileName = "example.txt";

        try (
                // 使用try-with-resources声明BufferedReader资源
                BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(fileName));
                // 需要声明多个资源，我们只需在括号中用逗号分隔
                BufferedReader reader1 = new BufferedReader(new FileReader("file1.txt"));
                BufferedReader reader2 = new BufferedReader(new FileReader("file2.txt"))
        ) {
            // 读取文件内容
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
            // 这里不需要显式调用reader.close()，因为try-with-resources会自动处理
        } catch (IOException e) {
            // 处理可能发生的IOException
            e.printStackTrace();
        }
        // 在try代码块执行完毕后，reader会被自动关闭
    }

四、增强泛型推断

1. 菱形操作符：
   • 在实例化泛型类时，可以使用菱形操作符 <> 来省略类型参数。
   • 编译器会根据上下文推断类型参数。
   • 简化代码，减少冗余，提高代码的可读性。
2. 泛型实例化类型推断：
   • 当泛型类的构造函数的参数包含泛型类型时，Java 7 能够推断泛型的类型。
   • 这允许你在实例化泛型类时省略类型参数，只在构造函数参数中指定类型即可。

public static void main(String[] args) {
        // Java7之前
        ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();
        // Java7之后
        ArrayList<String> arrayList2 = new ArrayList<>();

        // 泛型类
        class Generic<T> {
            // 构造函数参数为泛型类型
            public Generic(T t) {
            }
        }
        // 使用泛型实例化类型推断
        Generic<String> generic = new Generic<>("abc");
    }

五、NIO2.0（AIO）新IO的支持

Java 7 引入了 NIO 2.0（New I/O），其中包含对异步 I/O（AIO）的支持，这是一个显著的新特性，特别是在处理非阻塞 I/O 操作时非常有用。具体来说，NIO 2.0 的 AIO 支持通过引入 AsynchronousFileChannel 类来实现异步文件 I/O 操作。

1. AsynchronousFileChannel 类：
   • 允许进行异步文件读取和写入操作。
   • 相比于传统的阻塞 I/O，异步 I/O 可以在读写数据的同时执行其他操作，从而提高系统的效率和性能。

public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 异步读取文件
        Path path = Paths.get("file.txt");
        AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(
                path, StandardOpenOption.READ);

        // 分配缓冲区
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        // 读取文件
        long position = 0;

        // 异步读取数据，用于检查读取操作的状态和获取读取的结果
        Future<Integer> operation = fileChannel.read(buffer, position);

        while (!operation.isDone()) {
            // 等待读取完成
            Thread.sleep(1000);
        }

        // 读取完成，将缓冲区数据翻转
        buffer.flip();
        // 读取数据
        byte[] data = new byte[buffer.limit()];
        // 将缓冲区数据复制到data中
        buffer.get(data);
        System.out.println(new String(data));

        // 关闭文件
        fileChannel.close();
    }

1. AsynchronousServerSocketChannel 和 AsynchronousSocketChannel：
   • 用于支持异步的网络编程。
   • 这些类允许你创建异步服务器端和客户端，并进行异步的网络数据读取和写入操作。
   • 在高并发环境下处理 I/O 操作变得更为高效和灵活。

public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建异步通道
        AsynchronousServerSocketChannel serverChannel =
                AsynchronousServerSocketChannel.open().bind(new InetSocketAddress(8080));
        
        // 接受连接
        serverChannel.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Void>() {
            /**
             * 接受连接完成时调用此方法。
             * @param clientChannel
             * @param attachment
             */
            @Override
            public void completed(AsynchronousSocketChannel clientChannel, Void attachment) {
                // 继续接受连接
                serverChannel.accept(null, this);

                // 读取数据
                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                // 异步读取数据
                clientChannel.read(buffer, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {

                    /**
                     * 当读取操作完成时调用此方法。
                     *
                     * @param result 读取操作的结果，通常为读取的字节数，但在此处未使用
                     * @param attachment 包含读取数据的ByteBuffer对象
                     */
                    @Override
                    public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
                        // 处理读取完成
                        attachment.flip();
                        // 读取数据
                        byte[] data = new byte[attachment.limit()];
                        // 将数据复制到数组中
                        attachment.get(data);
                        System.out.println(new String(data));
                    }

                    /**
                     * 读取操作失败时调用此方法。
                     * @param exc
                     * @param attachment
                     */
                    @Override
                    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
                        // 处理读取失败
                    }
                });
            }

            /**
             * 接受连接失败时调用此方法。
             * @param exc
             * @param attachment
             */
            @Override
            public void failed(Throwable exc, Void attachment) {
                // 处理接受连接失败
            }
        });

        // 程序继续执行其他操作
        Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
    }

六、SR292与InvokeDynamic

1. SR-292（Small Ranges）：
   • SR-292 是 Java 7 中引入的一个改进，主要针对 switch 语句的性能优化。
   • 在早期的 Java 版本中，switch 语句的效率问题在于它通过逐个比较每个 case 条件来确定执行的分支，如果分支很多，这个过程可能会很慢。
   • SR-292 引入了一种优化，即当 switch 语句的 case 常量之间的距离非常小（称为 “small ranges”），Java 编译器会使用一种更有效的查找方式，而不是简单的逐个比较。
   • 这种方式可以显著提高 switch 语句的执行速度，特别是在处理密集的条件分支时。

public static void main(String[] args) {
        int month = 3;
        String monthName;

    	// Java 7 的 SR-292 特性可以在一些情况下优化这样的 switch 语句，尤其是在 case 常量的范围较小时
        switch (month) {
            case 1:
                monthName = "January";
                break;
            case 2:
                monthName = "February";
                break;
            case 3:
                monthName = "March";
                break;
            case 4:
                monthName = "April";
                break;
            case 5:
                monthName = "May";
                break;
            case 6:
                monthName = "June";
                break;
            default:
                monthName = "Unknown";
                break;
        }
        System.out.println("Month: " + monthName);
    }

1. InvokeDynamic（动态方法调用）：
   • InvokeDynamic 是 Java 7 引入的另一个重要特性，它是 Java 虚拟机（JVM）层面的改进，旨在支持更灵活和高效的动态语言实现。
   • 允许 Java 代码中的方法调用在运行时动态解析，并且可以绑定到相应的方法实现。
   • 用来优化字节码生成和方法调用的性能。
   • Java 8 的 Lambda 表达式依赖于 InvokeDynamic 来生成相应的字节码。

public static void main(String[] args) throws Throwable {
        // 创建动态调用
        MethodHandles.Lookup lookup = MethodHandles.lookup();

        // 创建方法句柄，使用lookup对象来查找Math.class中的静态方法sqrt，该方法接受一个double参数并返回一个dou* 第一个参数是`lookup`对象。

        MethodHandle mh = lookup.findStatic(Math.class, "sqrt",
                MethodType.methodType(double.class, double.class));

        // 创建动态调用
        // 第一个参数是`lookup`对象
        // 第二个参数是方法名，这里使用`"apply"`，因为它是`Function`接口中唯一的方法。
        // 第三个参数是`Function`接口的签名（即`Function.class`的类型）。
        // 第四个参数是`mh`的泛型类型签名。
        // 第五个参数是我们要调用的方法句柄（即`mh`）。
        // 第六个参数是`mh`的类型签名，表示我们要调用的方法的实际类型。
        CallSite sqrt = LambdaMetafactory.metafactory(
                lookup, "apply",
                MethodType.methodType(Function.class),
                mh.type().generic(),
                mh,
                mh.type()
        );

        // 调用动态调用
        MethodHandle factory = sqrt.getTarget();
        // 调用工厂方法，得到一个Function对象，使用了强制类型转换，因为factory.invoke()返回的是一个Object
        Function<Double, Double> sqrtFunc = (Function<Double, Double>) factory.invoke();

        double result = sqrtFunc.apply(16.0);
        System.out.println("Square root of 16: " + result);
    }

七、Path接口

在 Java 7 之前，通常使用 java.io.File 类来处理文件路径，Java 7 引入了 java.nio.file.Path 接口，它是 Java 中操作文件和目录路径的抽象表示。 Path 接口提供了更多功能和更强大的操作能力。

Path 接口的一些主要特性和用法：

1. 路径表示：

   • Path 接口可以表示文件系统中的路径，可以是文件或目录。它不仅仅是一个字符串，而是一个真正的对象，提供了丰富的方法来操作路径。

2. 创建路径：

   • 可以使用Paths 类的静态方法来创建 Path 对象

     Path path = Paths.get("/path/to/file.txt");
     

3. 路径操作：

   • Path 接口提供了多种方法来获取路径的信息
     • toString()：将路径转换为字符串表示。
     • getFileName()：获取路径中的文件名部分。
     • getParent()：获取路径中的父路径。
     • getRoot()：获取路径的根部分。
     • getNameCount()：获取路径中的名称元素的数量。
     • subpath(int beginIndex, int endIndex)：获取指定范围内的子路径。

4. 路径解析：

   • resolve() 方法可以用于解析相对路径或者连接两个路径，返回一个新的路径对象。

5. 检查路径属性：

   • 可以使用 Files 类的静态方法来检查文件或目录的属性，例如是否存在、是否可读、是否可写等。

6. 文件操作：

   • Files 类结合 Path 接口提供了丰富的文件操作功能，包括读取文件内容、写入文件、复制、移动、删除等。

7. 路径迭代：

   • Path接口支持迭代，可以方便地遍历路径的各个部分。

     for (Path element : path) {
         System.out.println(element);
     }
     

8. 相对路径和绝对路径：

   • Path 接口可以表示相对路径和绝对路径，并提供了方法来转换和处理这两种路径。

public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 Path 对象
        Path path = Paths.get("/path/to/file.txt");

        // 获取文件名
        Path fileName = path.getFileName();
        System.out.println("File Name: " + fileName);

        // 获取父路径
        Path parent = path.getParent();
        System.out.println("Parent Path: " + parent);

        // 获取路径的根部分
        Path root = path.getRoot();
        System.out.println("Root of the path: " + root);

        // 获取路径的元素数量
        int nameCount = path.getNameCount();
        System.out.println("Number of elements in the path: " + nameCount);

        // 遍历路径的每个元素
        System.out.println("Elements in the path:");
        for (int i = 0; i < nameCount; i++) {
            System.out.println("Element " + i + ": " + path.getName(i));
        }

        // 路径解析示例
        Path resolvedPath = path.resolve("subdir");
        System.out.println("Resolved Path: " + resolvedPath);

        // 检查文件或目录的属性
        // 判断文件是否存在
        boolean exists = Files.exists(path);
        System.out.println("Exists: " + exists);

        // 判断文件是否是目录
        boolean isReadable = Files.isReadable(path);
        System.out.println("Readable: " + isReadable);

        // 判断文件是否是可写
        boolean isWritable = Files.isWritable(path);
        System.out.println("Writable: " + isWritable);

        // 读取文件内容
        Path filePath = Paths.get("/path/to/file.txt");
        List<String> lines = null;
        try {
            lines = Files.readAllLines(filePath, StandardCharsets.UTF_8);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        for (String line : lines) {
            System.out.println(line);
        }

        // 写入文件内容
        Path newFilePath = Paths.get("/path/to/newfile.txt");
        String content = "Hello, Java 7!";
        try {
            Files.write(newFilePath, content.getBytes());
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

        // 复制文件
        Path copiedFilePath = Paths.get("/path/to/copiedfile.txt");
        try {
            Files.copy(filePath, copiedFilePath, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

        // 移动文件
        Path targetPath = Paths.get("/path/to/targetdir/movedfile.txt");
        try {
            Files.move(filePath, targetPath, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

        // 删除文件
        try {
            Files.delete(filePath);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

八、fork/join计算框架

Java 7 引入了 Fork/Join 框架，是一种并行计算框架，专门用于解决分而治之的问题。主要用于执行递归式地将问题划分为更小子问题，并行执行这些子问题的计算，然后合并结果的任务。

使用 Fork/Join 框架的基本步骤：

1. 定义任务类 (RecursiveTask 或 RecursiveAction):
   • RecursiveTask: 用于有返回值的任务。
   • RecursiveAction: 用于无返回值的任务。
2. 重写 compute() 方法:
   • 在任务类中，需要实现 compute() 方法来定义任务的具体执行逻辑。
   • 通常会判断是否需要进一步拆分任务，执行子任务的计算，最终将子任务的结果合并或处理。
3. 创建 Fork/Join 池:
   • 使用 ForkJoinPool 类来管理并发执行的任务。
   • 通常可以通过 ForkJoinPool.commonPool() 方法来获取默认的线程池，也可以根据需要创建自定义的线程池。
4. 提交任务:
   • 将任务提交给 ForkJoinPool 来执行。

使用 Fork/Join 框架来计算数组的总和Demo：

import java.util.concurrent.*;

// 继承 RecursiveTask 来实现有返回值的任务
class SumTask extends RecursiveTask<Long> {
    // 阈值，控制任务拆分的粒度
    private static final int THRESHOLD = 10;
    private int[] array;
    private int start;
    private int end;

    public SumTask(int[] array, int start, int end) {
        this.array = array;
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Long compute() {
        if (end - start <= THRESHOLD) {
            // 如果任务足够小，直接计算结果
            long sum = 0;
            for (int i = start; i < end; i++) {
                sum += array[i];
            }
            return sum;
        } else {
            // 否则，拆分任务为更小的子任务
            int mid = (start + end) / 2;
            SumTask leftTask = new SumTask(array, start, mid);
            SumTask rightTask = new SumTask(array, mid, end);

            // 异步执行左边的子任务
            leftTask.fork();
            // 同步执行右边的子任务
            long rightResult = rightTask.compute(); 
            // 获取左边子任务的结果
            long leftResult = leftTask.join(); 

            // 合并子任务的结果
            return leftResult + rightResult;
        }
    }
}

public class ForkJoinDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[100];
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            array[i] = i;
        }

        // 创建 Fork/Join 线程池
        ForkJoinPool forkJoinPool = ForkJoinPool.commonPool();

        // 创建任务并提交给 Fork/Join 线程池
        SumTask task = new SumTask(array, 0, array.length);
        long result = forkJoinPool.invoke(task);

        // 输出计算结果
        System.out.println("Sum: " + result);
    }
}

如果你累了，学会休息，而不是放弃

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