## 13 差異對比：集合在 Java 7 和 8 有何不同和改進 ## 引導語 Java 8 在 Java 7 的基礎上，做了一些改進和優化，但我們在平時工作中，或者直接升級到 Java 8 的過程中，我們好像無需做任何兼容邏輯，那么 Java 8 底層是如何處理的呢，在改進的同時，是如何優雅兼容 Java 老版本，讓使用者無需感知，接下來我們通過對比 Java 7 和 8 的差異，來展示 Java 8 是如何優雅升級的。 #### 1 通用區別 #### 1.1 所有集合都新增了forEach 方法 List、Set、Map 在 Java 8 版本中都增加了 forEach 的方法，方法的入參是 Consumer，Consumer 是一個函數式接口，可以簡單理解成允許一個入參，但沒有返回值的函數式接口，我們以 ArrayList 的 forEach 的源碼為例，來看下方法是如何實現的 ： ``` @Override public void forEach(Consumer<? super E> action) { // 判斷非空 Objects.requireNonNull(action); // modCount的原始值被拷貝 final int expectedModCount = modCount; final E[] elementData = (E[]) this.elementData; final int size = this.size; // 每次循環都會判斷數組有沒有被修改，一旦被修改，停止循環 for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) { // 執行循環內容，action 代表我們要干的事情 action.accept(elementData[i]); } // 數組如果被修改了，拋異常 if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } } ``` 從這段源碼中，很容易產生兩個問題： 1、action.accept 到底是個啥？ action.accept 就是你在 for 循環中要干的事情，你可以進行任何事情，比如我們打印一句話，如下： ``` public void testForEach(){ List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(){{ add(1); add(3); add(2); add(4); }}; // value 是每次循環的入參，就是 list 中的每個元素 list.forEach( value->log.info("當前值為：{}",value)); } ``` 輸出為： ``` 當前值為：1 當前值為：3 當前值為：2 當前值為：4 log.info(“當前值為：{}”,value) 就是我們要干的事情，就是 action。 ``` 2、forEach 方法上打了 @Override 注解，說明該方法是被繼承實現的，該方法是被定義在 Iterable 接口上的，Java 7 和 8 的 ArrayList 都實現了該接口，但我們在 Java 7 的 ArrayList 并沒有發現有實現該方法，編譯器也木有報錯，這個主要是因為 Iterable 接口的 forEach 方法被加上了 default 關鍵字，這個關鍵字只會出現在接口類中，被該關鍵字修飾的方法無需強制要求子類繼承，但需要自己實現默認實現，我們看下源碼：  不僅僅是 forEach 這一個方法是這么干的，List、Set、Map 接口中很多新增的方法都是這么干的，通過 default 關鍵字，可以讓 Java 7 的集合子類無需實現 Java 8 中新增的方法。 如果想在接口中新增一個方法，但又不想子類強制實現該方法時，可以給該方法加上 default 關鍵字，這個在實際工作中，也經常使用到，算是重構的小技巧吧。 #### 1.2 List 區別 #### 1.2.1 ArrayList 1. ArrayList 無參初始化時，Java 7 是直接初始化 10 的大小，Java 8 去掉了這個邏輯，初始化時是空數組，在第一次 add 時才開始按照 10 進行擴容，下圖是源碼的差異對比圖：  2. List 其它方面 java7 和 8 并沒有改動。 #### 1.3 Map 區別 #### 1.3.1 HashMap 1. 和 ArrayList 一樣，Java 8 中 HashMap 在無參構造器中，丟棄了 Java 7 中直接把數組初始化 16 的做法，而是采用在第一次新增的時候，才開始擴容數組大小； 2. hash 算法計算公式不同，Java 8 的 hash 算法更加簡單，代碼更加簡潔； 3. Java 8 的 HashMap 增加了紅黑樹的數據結構，這個是 Java 7 中沒有的，Java 7 只有數組 + 鏈表的結構，Java 8 中提出了數組 + 鏈表 + 紅黑樹的結構，一般 key 是 Java 的 API 時，比如說 String 這些 hashcode 實現很好的 API，很少出現鏈表轉化成紅黑樹的情況，因為 String這些API 的 hash 算法夠好了，只有當 key 是我們自定義的類，而且我們覆寫的 hashcode 算法非常糟糕時，才會真正使用到紅黑樹，提高我們的檢索速度。 ***** 也是因為 Java 8 新增了紅黑樹，所以幾乎所有操作數組的方法的實現，都發生了變動，比如說 put、remove 等操作，可以說 Java 8 的 HashMap 幾乎重寫了一遍，所以 Java 7 的很多問題都被 Java 8 解決了，比如擴容時極小概率死鎖，丟失數據等等。 ***** 4. 新增了一些好用的方法，比如 getOrDefault，我們看下源碼，非常簡單： ``` // 如果 key 對應的值不存在，返回期望的默認值 defaultValue public V getOrDefault(Object key, V defaultValue) { Node<K,V> e; return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? defaultValue : e.value; } ``` 還有 putIfAbsent(K key, V value) 方法，意思是，如果 map 中存在 key 了，那么 value 就不會覆蓋，如果不存在 key ，新增成功。 還有 compute 方法，意思是允許我們把 key 和 value 的值進行計算后，再 put 到 map 中，為防止 key 值不存在造成未知錯誤，map 還提供了 computeIfPresent 方法，表示只有在 key 存在的時候，才執行計算，demo 如下： ``` @Test public void compute(){ HashMap<Integer,Integer> map = Maps.newHashMap(); map.put(10,10); log.info("compute 之前值為：{}",map.get(10)); map.compute(10,(key,value) -> key * value); log.info("compute 之后值為：{}",map.get(10)); // 還原測試值 map.put(10,10); // 如果為 11 的 key 不存在的話，需要注意 value 為空的情況，下面這行代碼就會報空指針 // map.compute(11,(key,value) -> key * value); // 為了防止 key 不存在時導致的未知異常，我們一般有兩種辦法 // 1：自己判斷空指針 map.compute(11,(key,value) -> null == value ? null : key * value); // 2：computeIfPresent 方法里面判斷 map.computeIfPresent(11,(key,value) -> key * value); log.info("computeIfPresent 之后值為：{}",map.get(11)); } ``` 結果是： ``` compute 之前值為：10 compute 之后值為：100 computeIfPresent 之后值為：null（這個結果中，可以看出，使用 computeIfPresent 避免了空指針） ``` 上述 Java 8 新增的幾種方法非常好用，在實際工作中，可以大大減少我們的代碼量，computeIfPresent 的源碼就不貼了，有興趣可以去 github 上面查看，主要的實現原理如下： * 找到 key 對應的老值，會分別從數組、鏈表、紅黑樹中找； * 根據 key 和老值進行計算，得到新值； * 用新值替換掉老值，可能是普通替換、鏈表替換或紅黑樹替換。 #### 1.3.2 LinkedHashMap 由于 Java 8 的底層數據有變動，導致 HashMap 操作數據的方法幾乎重寫，也使 LinkedHashMap 的實現名稱上有所差異，原理上都相同，我們看下面的圖，左邊是 Java 7，右邊是 Java 8。  從圖中，我們發現 LinkedHashMap 的方法名有所修改，底層的實現邏輯其實都差不多的。 #### 1.4 其他區別 #### 1.4.1 Arrays 提供了很多 parallel 開頭的方法。 Java 8 的 Arrays 提供了一些 parallel 開頭的方法，這些方法支持并行的計算，在數據量大的時候，會充分利用 CPU ，提高計算效率，比如說 parallelSort 方法，方法底層有判斷，只有數據量大于 8192 時，才會真正走并行的實現，在實際的實驗中，并行計算的確能夠快速的提高計算速度。 #### 1.5 面試題 1. Java 8 在 List、Map 接口上新增了很多方法，為什么 Java 7 中這些接口的實現者不需要強制實現這些方法呢？ 答：主要是因為這些新增的方法被 default 關鍵字修飾了，default 一旦修飾接口上的方法，我們需要在接口的方法中寫默認實現，并且子類無需強制實現這些方法，所以 Java 7 接口的實現者無需感知。 2. Java 8 中有新增很多實用的方法，你在平時工作中有使用過么？ 答：有的，比如說 getOrDefault、putIfAbsent、computeIfPresent 方法等等，具體使用細節參考上文。 3. 說說 computeIfPresent 方法的使用姿勢？ 答：computeIfPresent 是可以對 key 和 value 進行計算后，把計算的結果重新賦值給 key，并且如果 key 不存在時，不會報空指針，會返回 null 值。 4. Java 8 集合新增了 forEach 方法，和普通的 for 循環有啥不同？ 答：新增的 forEach 方法的入參是函數式的接口，比如說 Consumer 和 BiConsumer，這樣子做的好處就是封裝了 for 循環的代碼，讓使用者只需關注實現每次循環的業務邏輯，簡化了重復的 for 循環代碼，使代碼更加簡潔，普通的 for 循環，每次都需要寫重復的 for 循環代碼，forEach 把這種重復的計算邏輯吃掉了，使用起來更加方便。 5. HashMap 8 和 7 有啥區別？ 答：HashMap 8 和 7 的差別太大了，新增了紅黑樹，修改了底層數據邏輯，修改了 hash 算法，幾乎所有底層數組變動的方法都重寫了一遍，可以說 Java 8 的 HashMap 幾乎重新了一遍。 ### 總結 總體來說，List 方面是小改動，HashMap 幾乎重寫了一套，所有的集合都新增了函數式的方法，比如說 forEach，也新增了很多好用的函數，比如說 getOrDefault，這些函數可以大大減少我們的代碼量，讓我們把關注點聚焦在業務邏輯的實現上，這其實是一種思想，把繁瑣重復的計算邏輯抽取出來，從計算邏輯中擴展出業務邏輯的口子，讓使用者只專心關注業務邏輯的實現即可。 想要了解更多差異，也可直接前往 JDK 8 新特性查看，地址為：http://openjdk.java.net/projects/jdk8/features#103。