笔者带你剖析Java7.x新特性
前言
最近在ITeye上看见一些朋友正在 激烈讨论关于Java7.x的一些语法结构,所以笔者有些手痒,特此 探寻了7.x(此篇博文笔者使用的是目前最新版本的JDK-7u15)的一些 新特性分享给大家。虽然目前很多开发人员至今还在沿用Java4.x(笔者项目至今沿用4.x),但这并不是成为不前进的 借口。想了解Java的发展,想探寻Java的未来,那么你务必需要时刻保持一颗永不落后的心。
当然笔者此篇博文 并不代表官方观点,如果有朋友觉得笔者的话语是妙论,希望指正提出,笔者会在第一时间纠正博文内容。在此笔者先谢过各位利用宝贵的时间阅读此篇博文,最后笔者祝愿各位新年大吉,工作顺利。再次啰嗦一点, SSJ的系列博文,笔者将会在本周更新,希望大家体谅。
目录
一、自动资源管理;
二、“<>”类型推断运算符;
三、字面值下划线支持;
四、switch字面值支持;
五、声明二进制字面值;
六、catch表达式调整;
七、文件系统改变;
八、探讨Java I/O模型;
九、Swing Framework(JSR 296规范)支持;
十、JVM内核升级之Class Loader架构调整;
十一、JVM内核升级之Garbage Collector调整(时间仓促,后期讲解);
一、自动资源管理
早在7.x版本之前,某些可回收资源比如:I/O链接、DB连接、TCP/UDP连接。开发人员都需要在使用后对其进行 手动关闭,如果不关闭或者忘记关闭这些资源,就会长期 霸占JVM内部的资源,极大程度上 影响了JVM的资源分配。就像内存管理一样,开发人员梦寐以求的就是希望有一天再也无需关注 繁琐的资源管理(资源创建、资源就绪、资源回收)。值得庆幸的是7.x为我们带来了一次彻头彻尾改变,我们将再也不必以手动管理我们的资源。
早在Java5.x的时候,Java API为开发人员提供了一个Closeable接口。该接口中包含一个close()方法,允许所有可回收资源的类型对其进行重写实现。7.x版本中几乎所有的资源类型都实现了Closeable接口,并重写了close()方法。也就是说所有可回收的系统资源,我们将 再不必每次使用完后调用close()方法进行资源回收,这一切全部交接给自动资源管理器去做即可。
例如Reader资源类型继承Closeable接口实现资源自动管理:
public abstract class Reader implements Readable, Closeable
当然如果你需要在程序中使用自动资源管理,还需要使用API提供的新语法支持,这类语法包含在try语句块内部。看到这里你可能不禁感叹,try也能 支持表达式了,是的7.x确实允许try使用表达式的 语法方式实现自动资源管理,但 仅限于资源类型。
使用try表达式实现自动资源管理:
try(BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("路径"));) { //... } catch(Exception e) { e.printStackTrace(); }
二、“<>”类型推断运算符
Java5.x新增了许多新的功能,在这些新引入的功能中,泛型最为 重要。泛型是一种新的语法元素,泛型的出现导致整个Java API都发生了变化(比如:Java集合框架就使用了泛型语法)。
在泛型没有出现之前,我们都是将Object类作为通用的 任意数据类型使用。因为在Java语言中,Object类是所有类的超类。但是使用Object类作为任意数据类型并不是安全的,因为在很多时候我们需要将Object类型向下转换,在这些转换过程中偶尔也可能出现 不匹配的类型转换错误。泛型的出现则很好的解决了Object类型所存在的 安全性问题,且泛型还扩展了代码的重用性。
泛型的核心概念就是 参数化类型,所谓参数化类型指的就是开发人员可以在 外部指定的数据类型来创建泛型类、泛型接口和泛型方法。
使用泛型类型示例:
List<String> list = new ArrayList<String>();
通过上述程序示例我们可以看出,笔者定义了一个泛型类型为String的List集合。这样一来List集合的泛型参数将会被定义为String类型。但是你有没有想过,使用里氏替换原则或者实例化泛型类型时,其实现可以简化泛型类型声明吗?答案是肯定的,在Java7.x中,允许使用运算符“<>”来做类型推断。也就是说你只需要在声明时标注泛型类型,实现时 无需重复标注。
使用“<>”类型推断运算符简化泛型语法:
List<String> list = new ArrayList<>();
三、字面值下划线支持
不知道大家有没有过同笔者一样的烦恼,早在Java7.x版本之前,咱们在定义int或者long类型等变量的字面值时,往往会因为其定义的 值过长,从而严重影响后续的 可读性。如果你也是这么觉得,那么你可以考虑使用Java7.x为字面值操作提供的可读性优化。那便是允许你直接的字面值中使用符号“_”进行 切分,这样一来不仅可以提升可读性,还能够清晰的分辨出字面值的长度。当然程序运行时自然会将“_”符号进行提取再做运算。
使用“_”符号进行字面值可读性优化:
int money = 100_000_000;
四、switch字面值支持
Java一共为开发人员提供了2种多路分支语句,一种是大家常用的if-else,另一种则是switch语句。早在Java7.x版本之前,switch语句表达式值只能定义byte、short、int和char等 4种类型,且该语句表达式值 只能 匹配一个,故不能重复。但是Java7.x的到来允许switch定义另一种 全新的表达式值,那就是String类型。
使用String类型作为Switch表达式值:
switch("a") { case "a": System.out.println("a"); break; case "b": System.out.println("b"); }
五、声明二进制字面值
Java与C语言、C++语言直接相关。Java语言继承了C语言的语法结构,而OMT(Object Modeling Technique,对象模型)则是直接从C++语言改编而来的。所以早在Java7.x版本之前,开发人员只能够定义十进制、八进制、十六进制等字面值。但是现在你完全可以使用“0b”字符为 前缀定义二进制字面值。
定义二进制字面值:
int test = 0b010101;
当然这里笔者需要提示你的是,虽然咱们可以直接在程序中定义二进制字面值。但是在程序运算时,仍然会将其 转换成十进制展开运算和输出。
六、catch表达式调整
谈到catch语句的时候,不得不提到try语句,因为它们彼此之间存在 相互依赖、相互关联的关系。在Java程序中捕获一个异常采用的是try和catch语句,try语句里面所包含的代码块都是需要进行 异常监测的,而catch语句里面所包含的代码块,则是告诉程序当异常发生的时候所需要执行的 异常处理。
谈到捕获异常,在Java7.x之前有2种方式。第一种是采用定义多个catch代码块,另外一种则是直接使用Exception(可恢复性异常超类)进行捕获。但是现在,如果你觉得不想 笼统的将所有异常定义为Exception进行捕获,或者 纠结于反复定义catch代码块,那么你完全可以采用Java7.x的catch表达式调整。Java7.x允许你在catch表达式内部使用“|”运算符匹配多个异常类型,当触发异常时,异常类型将自动进行 类型匹配操作。
使用“|”运算符定义catch表达式:
try { //... } catch (SQLException | Exception e) { e.printStackTrace(); }
七、文件系统改变
既然本章节咱们已经谈到了Java的文件系统(FileSystem),那么必然同样也会关联到I/O技术。其实所谓I/O(Input/Output)指的就是数据输入/输出的 过程,我们称之为流( 数据通信通道)这个概念。比如当Java应用程序需要读取目标数据源的数据时,则开启输入流。需要写入时,则开启输出流。数据源允许是本地磁盘、内存或者是网络中的数据。
向目标数据源读取数据:
向目标数据源写入数据:
Java的文件系统主要由java.io及java.nio两个包内的组件 构成。早在Java7.x之前,文件的操作一向都比较棘手。当然笔者这里提出的棘手,更多的是指向Java API对文件的管理的 不便。比如咱们需要编写一个程序,这个程序的功能仅仅只是拷贝文件后进行粘贴。但就是连这样简单的程序逻辑实现,开发人员动则都需要编写几十行 有效代码。
使用Java File API操作文件核心示例:
/* 复制目标数据源数据 */ BufferedInputStream reader = new BufferedInputStream( new FileInputStream(COPYFILEPATH)); byte[] content = new byte[reader.available()]; reader.read(content); /* 将复制数据粘贴至新目录 */ BufferedOutputStream write = new BufferedOutputStream( new FileOutputStream(PASTEFILEPATH)); write.write(content);
通过上述程序示例我们可以看出,仅仅只是编写一个简单的文件复制粘贴逻辑,我们的代码量都大得惊人。如果你也认同上述程序的 繁琐,那么你完全有必要体验下Java7.x对文件系统的一次全新 改变。
Java7.x推出了全新的NIO.2 API以此改变针对文件管理的不便,使得在java.nio.file包下使用Path、Paths、Files、WatchService、FileSystem等常用类型可以很好的 简化开发人员对文件管理的编码工作。
咱们就先从Path接口开始进行讲解吧。Path接口的 某些功能其实可以和java.io包下的File类型 等价,当然这些功能仅限于 只读操作。在实际开发过程中,开发人员可以联用Path接口和Paths类型,从而获取文件的一系列上下文信息。
Path接口常用方法如下:
方法名称 | 方法返回类型 | 方法描述 |
getNameCount() | int | 获取当前文件节点数 |
getFileName() | java.nio.file.Path | 获取当前文件名称 |
getRoot() | java.nio.file.Path | 获取当前文件根目录 |
getParent() | java.nio.file.Path | 获取当前文件上级关联目录 |
联用Path接口和Paths类型获取文件信息:
@Test public void testFile() { Path path = Paths.get("路径:/文件"); System.out.println("文件节点数:" + path.getNameCount()); System.out.println("文件名称:" + path.getFileName()); System.out.println("文件根目录:" + path.getRoot()); System.out.println("文件上级关联目录:" + path.getParent()); }
通过上述程序示例我们可以看出,联用Path接口和Paths类型可以很方便的访问到目标文件的上下文信息。当然这些操作全都是只读的,如果开发人员想对文件进行其它 非只读操作,比如文件的创建、修改、删除等操作,则可以使用Files类型进行操作。
Files类型常用方法如下:
方法名称 | 方法返回类型 | 方法描述 |
createFile() | java.nio.file.Path | 在指定的目标目录创建新文件 |
delete() | void | 删除指定目标路径的文件或文件夹 |
copy() | java.nio.file.Path | 将指定目标路径的文件拷贝到另一个文件中 |
move() | java.nio.file.Path | 将指定目标路径的文件转移到其他路径下,并删除源文件 |
使用Files类型复制、粘贴文件示例:
Files.copy(Paths.get("路径:/源文件"), Paths.get("路径:/新文件"));
通过上述程序示例我们可以看出,使用Files类型来管理文件,相对于传统的I/O方式来说更加 方便和 简单。因为具体的操作实现将全部移交给NIO.2 API,开发人员则无需关注。
Java7.x还为开发人员提供了一套 全新的文件系统功能,那就是文件监测。在此或许有很多朋友并不知晓文件监测有何意义及目,那么请大家回想下调试成 热发布功能后的Web容器。当项目迭代后并重新部署时,开发人员无需对其进行手动重启,因为Web容器一旦监测到文件发生改变后,便会自动去 适应这些“变化”并重新进行内部 装载。Web容器的热发布功能同样也是基于文件监测功能,所以不得不承认,文件监测功能的出现对于Java文件系统来说是具有 重大意义的。
提示:
就事论事而言,Java7.x的文件监测功能多少存在一些性能和功能上的 缺陷。但随着Java后续版本的迭代,笔者相信会有那么一天,足以让某些整天在论坛上打口水战的“高手”们闭嘴。
如果在程序中需要使用Java7.x的文件监测功能,那么我们务必需要了解java.nio.file包下的WatchService接口。WatchService接口不仅作为监测服务,还管理着具体的 监控细节。
我们可以通过使用java.nio.file包下的FileSystems类型,并调用FileSystems类型的newWatchService()方法,从而获取到WatchService接口的对象实例。
获取WatchService接口实例:
WatchService watchService = FileSystems.getDefault() .newWatchService();
文件监测是基于 事件驱动的,事件触发是作为监测的 先决条件。开发人员可以使用java.nio.file包下的StandardWatchEventKinds类型提供的3种字面常量来定义监测事件类型,值得注意的是监测事件需要和WatchService实例一起进行 注册。
StandardWatchEventKinds类型提供的监测事件:
1、 ENTRY_CREATE:文件或文件夹新建事件;
2、 ENTRY_DELETE:文件或文件夹删除事件;
3、 ENTRY_MODIFY:文件或文件夹粘贴事件;
使用WatchService类型实现文件监控完整示例:
@Test public void testWatch() { /* 监控目标路径 */ Path path = Paths.get("C:/"); try { /* 创建文件监控对象 */ WatchService watchService = FileSystems.getDefault() .newWatchService(); /* 注册文件监控的所有事件类型 */ path.register(watchService, ENTRY_CREATE, ENTRY_DELETE, ENTRY_MODIFY); /* 循环监测文件 */ while (true) { WatchKey watchKey = watchService.take(); /* 迭代触发事件的所有文件 */ for (WatchEvent<?> event : watchKey.pollEvents()) System.out.println(event.context().toString() + " 事件类型:" + event.kind()); if (!watchKey.reset()) return; } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }
通过上述程序示例我们可以看出,使用WatchService接口进行文件监控非常简单和方便。首先我们需要定义好目标监控路径,然后调用FileSystems类型的newWatchService()方法创建WatchService对象。接下来我们还需使用Path接口的register()方法注册WatchService实例及监控事件。当这些基础作业层全部准备好后,我们再编写外围 实时监测循环。最后迭代WatchKey来获取所有 触发监控事件的文件即可。
提示:
如果在项目中使用上述程序示例,笔者建议你最好将这段监控代码进行 异步化。因为死循环会占用主线程,后续代码将永远得不到执行机会。
八、探讨Java I/O模型
在基于分布式的编程环境中,系统性能的 瓶颈往往由I/O读写性决定。这是不可否认的事实,也是众多开发人员首要考虑的优化问题。如果在Windows环境下我们使用阻塞I/O模型来编写分布式应用,其维护成本的往往超出你的想象。因为客户端的 链接数量直接决定了服务器内存开辟的线程数量 * 2(包含:接受线程、输出线程),并且这些线程是无法采取线程池优化的,因为线程的执行之间 大于其创建和销毁时间。长时间的大量并发线程挂起,不仅CPU要做实时 任务切换,其整体物理资源都将一步步被 蚕食,直至最后程序崩溃。在早期的网络编程中,采取阻塞I/O模型来编写分布式应用,唯一能做性能优化只有采取传统的 硬件式堆机。在付出高昂的硬件成本开销时,其项目的维护性也令开发人员头痛。而且在实际的开发过程中,大部分开发人员会选择将项目部署在Linux下运行。跟Windows 内核结构不同的是,Linux环境下是没有真正意义上的线程概念。其所谓的线程都是采用 进程模拟的方式,也就是 伪线程。笔者希望大家能够明白,对于并发要求极高的分布式应用,一旦采用阻塞IO模型编写就等于自寻死路。
Java的I/O模型由同步I/O和异步I/O构成。同步I/O模型包含:阻塞I/O和非阻塞I/O,而在Windows环境下只要调用了IOCP的I/O模型,就是真正意义上的异步I/O。
Java的I/O模型示例图:
IOCP(Input/Outut Completion Port,输入/输出完成端口)简单来说是一种 系统级的 高性能异步I/O模型。应用程序中所有的I/O操作将全部 委托给操作系统线程去执行,直至最后通知并返回结果。Java7.x对IOCP进行了 深度封装,这使得开发人员可以使用IOCP API编写高效的分布式应用。当然IOCP 仅限于使用在Windows平台,因而无法在Linux平台上使用它(Linux平台上可以通过Epoll模拟IOCP实现)。
提示:
有过网络编程经验的开发人员都应该明白,在Windows平台下性能最好的I/O模型是IOCP,Linux平台下则是EPOLL。但是EPOLL并不算真正意义上的异步I/O,EPOLL只是在尽可能的 模拟IOCP而已。因为按照Unix网络编程的划分,多路复用I/O仍然属于同步I/O模型,也就是说EPOLL其实是属于多路复用I/O。
简单来说异步I/O的特征必须满足如下2点:
1、I/O请求与I/O操作不会阻塞;
2、并非程序自身完成I/O操作,由操作系统线程处理实际的I/O操作,直至最后通知并返回结果;
早在Java4.x的时候,NIO(Java New Input/Output,Java新输入/输出)的出现,使得开发人员可以彻底从阻塞I/O的 噩梦中挣脱出来。但编写NIO的成本较大,学习难度也比较高,使得诸多开发人员望而却步(目前比较成熟的NIO Frameworks有:Mina、Netty)。但理解非阻塞I/O的原理还是非常有必要,先来观察下述采用阻塞I/O模式编写的分布式应用示例:
@Test public void testServer() { try { ServerSocket server = new ServerSocket(8888); Socket clist = server.accept(); BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader( clist.getInputStream())); /* 未收到I/O请求时阻塞 */ System.out.println(reader.readLine()); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }
I/O的工作内容我们可以根据其 性质划分为2部分:I/O请求和I/O操作。上述程序示例我们采用的是阻塞I/O模型,可以很明确的发现当客户端成功握手服务端后,如果服务端并没有收到客户端的I/O请求,服务端会在reader.readLine()方法处阻塞。直到成功接收到I/O请求后,服务端才会开始执行实际的I/O操作。运用阻塞I/O模式进行分布式编程,为了保证服务端与客户端集合的成功会话,我们不得不为每一条客户端连接都开辟独立的线程执行I/O操作。当然在实际的开发过程中,或许已经没有开发人员会做这么 荒唐的事情了。
非阻塞I/O和阻塞I/O最大的不同在于,非阻塞I/O并不会在I/O请求时产生阻塞。也就是说如果服务端没有收到I/O请求时,非阻塞I/O会 “持续轮循”I/O请求,当有请求进来后就开始执行I/O操作并 阻塞请求进程。Java7.x允许开发人员使用IOCP API进行异步I/O编程,这使得开发人员不必再关心I/O 是否阻塞。因为应用程序中所有的I/O操作将全部 委托给操作系统线程去执行,直至最后通知并返回结果。
九、Swing Framework(JSR 296规范)支持
笔者其实对Swing 非常厌恶,如果可以的话笔者希望Oracle能够 废除掉Swing这项技术。早在08年的时候笔者由于项目需要,曾饱受Swing的折磨。 繁琐的布局、组件加载优化、冗长代码维护等这些令人痛苦和发指的问题,笔者相信使用过Swing的人开发人员都能发出相同的感叹。
早期的Java GUI(图形用户界面)主要由AWT技术主导,但随着用户对 胖客户端技术的丰富度要求逐渐提高,AWT主键逐渐被Swing替代。Swing其实继承于AWT,并提供有更加绚丽的视图组件效果。何况相对于 重量级的AWT组件来说,Swing显得更加轻量。
笔者刚才说过,Swing虽然相对于AWT来说组件内容更加丰富,但仍然掩盖不了其 繁琐的操作实现。如果对组件性能有过高要求,或者需要实现快速开发,笔者更建议你使用SWT或者JFace技术( 无需指望使用IDE工具进行可视化编程,因为这纯粹是吃力不讨好)。因为这2种技术可以看成是Swing的过渡,且相对Swing来说性能和丰富度更加优秀。
既然Java7.x对Swing仍不忘眷顾优化,那希望大家还是支持一下吧。从官方声明可以看出,JSR 296规范的目标是简化Swing的开发难度,且提供有更加丰富的组件资源。如果对于从未接触过Swing编程的开发人员,笔者倒是建议你尝试一下,或许你并不反感。
十、JVM内核升级之Class Loader架构调整
类装载器(Class Loader)属于JVM体系结构的重要 组成部分,它是将Java类型装载进JVM内部的 关键一环。它使得Java类型可以动态的被装载到JVM内部解释并运行。
在JVM内部存在着2种类型的类装载器:非自定义类装载器和自定义类装载器 。非自定义类装载器负责装载Java API中的类型及Java程序中的类型,而自定义类装载器能够使用自定义的方式来装载其类型。不同类型的类装载器所装载的类型将被存放于JVM内部不同的 命名空间中。
非自定义类装载器由JVM内部3个核心类装载器构成:
1、BootStrap ClassLoader;
2、ExtClassLoader;
3、AppClassLoader;
BootStrap ClassLoader也称为 启动类装载器,它是JVM内部最 顶层的类装载器。BootStrap ClassLoader主要负责装载核心Java API中的类型。ExtClassLoader负责装载扩展目录下的类型。AppClassLoader则负责装载ClassPath(Java应用类路径)下指定的所有类型。其中ExtClassLoader和AppClassLoader都属于BootStrap ClassLoader的 派生类装载器。
在Object内部封装着一个通过JNI(Java Native Interface,Java本地接口)方式调用的getClass()本地方法,该方法返回一个Class类型。对于开发人员而言,允许直接调用其getClassLoader()方法获取类装载器实例。
使用getClassLoader()方法获取类装载器:
@Test public void testClassLoader() throws Exception { /* BootStrap ClassLoader装载Java API中的类型 */ ClassLoader loader = System.class.getClassLoader(); System.out.println(null != loader ? loader.getClass().getName() : loader); /* ExtClassLoader装载扩展目录下的类型 */ System.out.println(CollationData_ar.class.getClassLoader().getClass() .getName()); /* AppClassLoader装载ClassPath下指定的所有类型 */ System.out.println(this.getClass().getClassLoader().getClass() .getName()); }
通过上述程序示例我们可以看出,System类型是被BootStrap ClassLoader所装载的。但程序的输出结果却是Null,当然这并不代表BootStrap ClassLoader不存在。因为BootStrap ClassLoader 并不是采用Java语言编写,而是由C++语言编写并 嵌入在JVM内部,所以开发人员无法获取其实例。CollationData_ar类型属于jre\lib\ext目录下的派生类,由ExtClassLoader装载。当前类则由AppClassLoader负责装载。
在此笔者要提示大家,ExtClassLoader和AppClassLoader都是采用Java语言编写。所以ExtClassLoader和AppClassLoader 本身也都是Java类型,都会被最顶层的类装载器BootStrap ClassLoader装载,最后才会装载各自管辖范围内的类型。
谈到ClassLoader的架构,我们不得不提及 双亲委派模型。在JVM内部,类装载器装载类型所采用的便是双亲委派模型机制。比如AppClassLoader需要将一个类型装载进JVM内部,首先其自身并不会立即装载,而是将目标类型 委派给上一级,也就是ExtClassLoader。ExtClassLoader接着再继续委派给BootStrap ClassLoader。在JVM内部最顶层的类装载器就是BootStrap ClassLoader,首先由它负责装载目标类型及其关联或依赖的所有类型。如果BootStrap ClassLoader装载失败,则退回给ExtClassLoader装载。如果ExtClassLoader也无法装载,最后只能退回给AppClassLoader继续装载。最后当AppClassLoader都无法装载的时候,便会抛出ClassNotFoundException异常( 开发人员可以在捕获ClassNotFoundException异常的时候重写ClassLoder类型的findClass()方法实现自定义类型装载)。
类装载器架构示例:
类装载器除了需要负责类型的装载,还需要负责验证目标类型的正确性、属性内存分配、解析符号引用等操作。JVM通过装载、连接和初始化一个Java类型,使其可以被运行时的Java应用程序所使用。其中装载就是把二进制形式的Java类型 写入进JVM内部。连接则是把已经写入进JVM中的二进制形式的类型 合并到JVM的运行时状态中去。然而连接阶段又分成了3个步骤:验证、准备和解析。“验证”步骤确保了Java类型的数据格式,“准备”步骤则负责为目标类型分配所需的内存空间,“解析”步骤负责把常量池中的符号引用转换为直接使用。“验证”和“解析”这2个步骤都是为最后的初始化工作做准备。
类型生命周期示例:
Java7.x在上述ClassLoader架构的基础之上,进行了一些细微 调整。在早期开发人员如果想要实现自定义类装载器,恐怕只能实现ClassLoader类型并重写其findClass()方法。但由于findClass()方法是按照 串行结构的方式执行, 或许是出于对性能和安全的考虑。Java7.x提供了一个拥有并行执行能力的增强实现,这样一来自定义类装载器便可以通过 异步方式对类型进行装载。
提示:
关于自定义类装载器本章笔者将不再继续讲解,如果有兴趣的朋友可以以邮件的形式告知笔者,笔者会为你提供帮助。
本章内容到此结束,由于时间仓库,本文或许有很多不尽人意的地方,希望各位能够理解和体谅。关于下一章的内容,笔者打算继续讲解SSJ的相关内容。
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