【整理】Java 9新特性总结

印度阿三17 2018-09-27

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距Java 8正式发布三年多时间，Java 9 于2017年9月21日正式发布，你可能已经听说过 Java 9 的模块系统（讨论的最多的），但是这个新版本还有许多其它的更新。这里我整理了Java 9几个令人兴奋的新功能。

Java 平台模块系统

当代码库越来越大，创建复杂，盘根错节的“意大利面条式代码”的几率呈指数级的增长。这时候就得面对两个基础的问题: 很难真正地对代码进行封装, 而系统并没有对不同部分（也就是 JAR 文件）之间的依赖关系有个明确的概念。每一个公共类都可以被类路径之下任何其它的公共类所访问到, 这样就会导致无意中使用了并不想被公开访问的 API。此外，类路径本身也存在问题: 你怎么知晓所有需要的 JAR 都已经有了, 或者是不是会有重复的项呢? 模块系统把这俩个问题都给解决了。

Java 平台模块系统，也就是 Project Jigsaw，把模块化开发实践引入到了 Java 平台中。在引入了模块系统之后，JDK 被重新组织成 94 个模块。Java 应用可以通过新增的 jlink 工具，创建出只包含所依赖的 JDK 模块的自定义运行时镜像。这样可以极大的减少 Java 运行时环境的大小。这对于目前流行的不可变基础设施的实践来说，镜像的大小的减少可以节省很多存储空间和带宽资源。

模块化开发的实践在软件开发领域并不是一个新的概念。Java 开发社区已经使用这样的模块化实践有相当长的一段时间。主流的构建工具，包括 Apache Maven 和 Gradle 都支持把一个大的项目划分成若干个子项目。子项目之间通过不同的依赖关系组织在一起。每个子项目在构建之后都会产生对应的 JAR 文件。在 Java9 中，已有的这些项目可以很容易的升级转换为 Java 9 模块，并保持原有的组织结构不变。

Java 9 模块的重要特征是在其工件（artifact）的根目录中包含了一个描述模块的 module-info.class 文件。工件的格式可以是传统的 JAR 文件或是 Java 9 新增的 JMOD 文件。这个文件由根目录中的源代码文件 module-info.java 编译而来。该模块声明文件可以描述模块的不同特征。模块声明文件中可以包含的内容如下：

模块导出的包：使用 exports 可以声明模块对其他模块所导出的包。包中的 public 和 protected 类型，以及这些类型的 public 和 protected 成员可以被其他模块所访问。没有声明为导出的包相当于模块中的私有成员，不能被其他模块使用。
模块的依赖关系：使用 requires 可以声明模块对其他模块的依赖关系。使用 requires transitive 可以把一个模块依赖声明为传递的。传递的模块依赖可以被依赖当前模块的其他模块所读取。如果一个模块所导出的类型的型构中包含了来自它所依赖的模块的类型，那么对该模块的依赖应该声明为传递的。
服务的提供和使用：如果一个模块中包含了可以被 ServiceLocator 发现的服务接口的实现，需要使用 provides with 语句来声明具体的实现类；如果一个模块需要使用服务接口，可以使用 uses 语句来声明。

模块化的 JAR 文件都包含一个额外的模块描述器。在这个模块描述器中, 对其它模块的依赖是通过 “requires” 来表示的。另外, “exports” 语句控制着哪些包是可以被其它模块访问到的。所有不被导出的包默认都封装在模块的里面。如下是一个模块描述器的示例，存在于 “module-info.java” 文件中:

module blog {
  exports com.pluralsight.blog;
 
  requires cms;
}

当启动一个模块化应用时， JVM 会验证是否所有的模块都能使用，这基于 `requires` 语句——比脆弱的类路径迈进了一大步。模块允许你更好地强制结构化封装你的应用并明确依赖。

Jshell

jshell 是 Java 9 新增的一个实用的交互式 Java REPL工具。许多语言已经具有交互式编程环境，Java 现在加入了这个俱乐部。您可以从控制台启动 jshell ，并直接启动输入和执行 Java 代码。 jshell 的即时反馈使它成为探索 API 和尝试语言特性的好工具。

jshell 为 Java 增加了类似 NodeJS 和 Python 中的读取-求值-打印循环（ Read-Evaluation-Print Loop ）。在 jshell 中可以直接输入表达式并查看其执行结果。当需要测试一个方法的运行效果，或是快速的对表达式进行求值时，jshell 都非常实用。只需要通过 jshell 命令启动 jshell，然后直接输入表达式即可。每个表达式的结果会被自动保存下来，以数字编号作为引用，类似 $1 和$2 这样的名称。可以在后续的表达式中引用之前语句的运行结果。在 jshell 中，除了表达式之外，还可以创建 Java 类和方法。jshell 也有基本的代码完成功能。

在 jshell 中添加方法

jshell> int add(int x, int y) { 
    ...> return x   y;
    ...> }
 | created method add(int,int)

接着就可以在 jshell 中直接使用这个方法

jshell> add(1, 2) 
$9 ==> 3

集合工厂方法

在集合上，Java 9 增加了 List.of()、Set.of()、Map.of() 和 M ap.ofEntries()等工厂方法来创建不可变集合。

创建不可变集合

List.of();
List.of("Hello", "World");
List.of(1, 2, 3);
Set.of();
Set.of("Hello", "World");
Set.of(1, 2, 3);
Map.of();
Map.of("Hello", 1, "World", 2);

Collectors 的 flatMapping 方法示例

@Test
public void testFlatMapping() throws Exception {
    final Set<Integer> result = Stream.of("a", "ab", "abc")
        .collect(Collectors.flatMapping(v -> v.chars().boxed(), 
            Collectors.toSet()));
    assertEquals(3, result.size());
}

Collectors 中增加了新的方法 filtering 和 flatMapping。对于输入的 String 流，先通过 flatMapping 把 String 映射成 Integer 流，再把所有的 Integer 收集到一个集合中。

改进的 Stream API

Stream 中增加了新的方法 ofNullable、dropWhile、takeWhile 和 iterate。流中包含了从 1 到 5 的元素。

Stream 中的 dropWhile 方法示例

@Test
public void testDropWhile() throws Exception {
    final long count = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5) 
        .dropWhile(i -> i % 2 != 0)
        .count();
    assertEquals(4, count);
}

断言检查元素是否为奇数。第一个元素 1 被删除，结果流中包含 4 个元素。

Optional 的 stream 方法示例

@Test
public void testStream() throws Exception { 
    final long count = Stream.of(
        Optional.of(1),
        Optional.empty(),
        Optional.of(2)
    ).flatMap(Optional::stream)
        .count();
    assertEquals(2, count);
}

Optiona l 类中新增了 ifPresentOrElse、or 和 stream 等方法。Optiona l 流中包含 3 个元素，其中只有 2 个有值。在使用 flatMap 之后，结果流中包含了 2 个值。

改进的 Javadoc

有时一些小事情可以带来很大的不同。你是否就像我一样在一直使用 Google 来查找正确的 Javadoc 页面呢？这不再需要了。Javadoc 现在支持在 API 文档中的进行搜索。另外，Javadoc 的输出现在符合兼容 HTML5 标准。此外，你会注意到，每个 Javadoc 页面都包含有关 JDK 模块类或接口来源的信息。

私有接口方法

Java 8 为我们带来了接口的默认方法。接口现在也可以包含行为，而不仅仅是方法签名。但是，如果在接口上有几个默认方法，代码几乎相同，会发生什么情况？通常，您将重构这些方法，调用一个可复用的私有方法。但默认方法不能是私有的。将复用代码创建为一个默认方法不是一个解决方案，因为该辅助方法会成为公共API的一部分。使用 Java 9，您可以向接口添加私有辅助方法来解决此问题：

public interface MyInterface {
 
    void normalInterfaceMethod();
 
    default void interfaceMethodWithDefault() {  init(); }
 
    default void anotherDefaultMethod() { init(); }
 
    // This method is not part of the public API exposed by MyInterface
    private void init() { System.out.println("Initializing"); }
}

如果您使用默认方法开发 API ，那么私有接口方法可能有助于构建其实现。

进程 API

Java 9 增加了 ProcessHandle 接口，可以对原生进程进行管理，尤其适合于管理长时间运行的进程。在使用 P rocessBuilder 来启动一个进程之后，可以通过 Process.toHandle()方法来得到一个 ProcessHandl e 对象的实例。通过 ProcessHandle 可以获取到由 ProcessHandle.Info 表示的进程的基本信息，如命令行参数、可执行文件路径和启动时间等。ProcessHandle 的 onExit()方法返回一个 C ompletableFuture<ProcessHandle>对象，可以在进程结束时执行自定义的动作。

进程API 示例

final ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder("top")
    .inheritIO();
final ProcessHandle processHandle = processBuilder.start().toHandle(); 
processHandle.onExit().whenCompleteAsync((handle, throwable) -> {
    if (throwable == null) {
        System.out.println(handle.pid());
    } else {
        throwable.printStackTrace();
    }
});

平台日志 API 和服务

Java 9 允许为 JDK 和应用配置同样的日志实现。新增的 System.LoggerFinder 用来管理 JDK 使用的日志记录器实现。JVM 在运行时只有一个系统范围的 LoggerFinder 实例。LoggerFinder 通过服务查找机制来加载日志记录器实现。默认情况下，JDK 使用 java.logging 模块中的 java.util.logging 实现。通过 LoggerFinder 的 getLogger()方法就可以获取到表示日志记录器的 System.Logger 实现。应用同样可以使用 System.Logger 来记录日志。这样就保证了 JDK 和应用使用同样的日志实现。我们也可以通过添加自己的 System.LoggerFinder 实现来让 JDK 和应用使用 SLF4J 等其他日志记录框架。

使用平台日志 API

public class Main {
    private static final System.Logger LOGGER = System.getLogger("Main"); 
    public static void main(final String[] args) {
        LOGGER.log(Level.INFO, "Run!");
    }
}

HTTP/2

Java 9 中有新的方式来处理 HTTP 调用。这个迟到的特性用于代替老旧的 `HttpURLConnection` API，并提供对 WebSocket 和 HTTP/2 的支持。注意：新的 HttpClient API 在 Java 9 中以所谓的孵化器模块交付。也就是说，这套 API 不能保证 100% 完成。不过你可以在 Java 9 中开始使用这套 API：

HttpClient client = HttpClient.newHttpClient();
 
HttpRequest req =
   HttpRequest.newBuilder(URI.create("http://www.google.com"))
              .header("User-Agent","Java")
              .GET()
              .build();
 
HttpResponse<String> resp = client.send(req, HttpResponse.BodyHandler.asString());

HttpResponse<String> resp = client.send(req, HttpResponse.BodyHandler.asString());
除了这个简单的请求/响应模型之外，HttpClient 还提供了新的 API 来处理 HTTP/2 的特性，比如流和服务端推送。

改进应用安全性能

Java 9 新增了 4 个 SHA- 3 哈希算法，SHA3-224、SHA3-256、SHA3-384 和 S HA3-512。另外也增加了通过 java.security.SecureRandom 生成使用 DRBG 算法的强随机数。代码清单 13 中给出了 SHA-3 哈希算法的使用示例。

SHA-3 哈希算法使用示例

import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
public class SHA3 {
    public static void main(final String[] args) throws NoSuchAlgorithmException { 
        final MessageDigest instance = MessageDigest.getInstance("SHA3-224");
        final byte[] digest = instance.digest("".getBytes());
        System.out.println(Hex.encodeHexString(digest));
    }
}

多版本兼容 JAR

我们最后要来着重介绍的这个特性对于库的维护者而言是个特别好的消息。当一个新版本的 Java 出现的时候，你的库用户要花费数年时间才会切换到这个新的版本。这就意味着库得去向后兼容你想要支持的最老的 Java 版本 (许多情况下就是 Java 6 或者 7)。这实际上意味着未来的很长一段时间，你都不能在库中运用 Java 9 所提供的新特性。幸运的是，多版本兼容 JAR 功能能让你创建仅在特定版本的 Java 环境中运行库程序时选择使用的 class 版本：

multirelease.jar
├── META-INF
│   └── versions
│       └── 9
│           └── multirelease
│               └── Helper.class
├── multirelease
    ├── Helper.class
    └── Main.class

在上述场景中， multirelease.jar 可以在 Java 9 中使用, 不过 Helper 这个类使用的不是顶层的 multirelease.Helper 这个 class, 而是处在“META-INF/versions/9”下面的这个。这是特别为 Java 9 准备的 class 版本，可以运用 Java 9 所提供的特性和库。同时，在早期的 Java 诸版本中使用这个 JAR 也是能运行的，因为较老版本的 Java 只会看到顶层的这个 Helper 类。