那些有用但不为大家所熟知的Java特性

摘要

本文介绍了一些具有特殊用途，但依然不为大家所熟知的Java新特性，希望读者能够通过本文更全面地了解Java语言的新功能。

本文最初发表于Piotr Mińkowski的个人站点Medium网站，经作者授权，由InfoQ中文站翻译分享。

在本文中，你将会了解到一些有用的Java特性，这些特性可能你之前没有听说过。这是我最近在阅读关于Java的文章时，才发现和整理的私人特性清单。我不会把重点放到语言方面，而是会放到API方面。

你喜欢Java，想了解它最新的特性吗？如果是的话，你可以阅读我关于Java 8之后新特性的文章。接下来，在本文中你将会了解到八个不为大家熟知但是非常有用的特性。那我们开始吧！

延迟队列

我们都知道，在Java中有类型众多的集合。那么你听说过DelayQueue吗？它是一个特殊类型的Java集合，允许我们根据元素的延迟时间对其进行排序。坦白来讲，这是一个非常有意思的类。尽管DelayQueue类是Java集合的成员之一，但是它位于java.util.concurrent包中。它实现了BlockingQueue接口。只有当元素的时间过期时，才能从队列中取出。

要使用这个集合，首先，我们的类需要实现Delayed接口的getDelay方法。当然，它不一定必须是类，也可以是Java Record。

public record DelayedEvent(long startTime, String msg) implements Delayed {
    public long getDelay(TimeUnit unit) {
        long diff = startTime - System.currentTimeMillis();
        return unit.convert(diff, TimeUnit.MILLISECONDS);
    }
    public int compareTo(Delayed o) {
        return (int) (this.startTime - ((DelayedEvent) o).startTime);
    }
}

假设我们想要把元素延迟10秒钟，那么我们只需要在DelayedEvent类上将时间设置成当前时间加上10秒钟即可。

final DelayQueue<DelayedEvent> delayQueue = new DelayQueue<>();
final long timeFirst = System.currentTimeMillis() + 10000;
delayQueue.offer(new DelayedEvent(timeFirst, "1"));
log.info("Done");
log.info(delayQueue.take().msg());

对于上面的代码，我们能够看到什么输出呢？如下所示。

时间格式中支持显示一天中的时段

好吧，我承认这个Java特性对于你们中的大多数人来讲并没有太大的用处，但是，我对这个特性情有独钟……Java 8对时间处理API做了很多的改进。从这个版本的Java开始，在大多数情况下，我们都不需要任何额外的库来处理时间了，比如Joda Time。你可能想象不到，从Java 16开始，我们甚至可以使用标准的格式化器来表达一天中的时段，也就是“in the morning”或者“in the afternoon”。这是一个新的格式模式，叫做B。

String s = DateTimeFormatter
  .ofPattern("B")
  .format(LocalDateTime.now());
System.out.println(s);

如下是我运行的结果。当然，你的结果可能会因时间不同而有所差异。

好，稍等……现在，你可能会问这个格式为什么叫做B。事实上，对于这种类型的格式来讲，它不是最直观的名字。但也许下面的表格能够解决我们所有的疑惑。它是DateTimeFormatter能够处理的模式字符和符号的片段。我猜想，B是第一个空闲出来的字母。当然，我可能是错的。

StampedLock

我认为，Java Concurrent是最有趣的Java包之一。同时，它也是一个不太为开发者所熟知的包，当开发人员主要使用web框架的时候更是如此。我们有多少人曾经在Java中使用过锁呢？锁是一种比synchronized块更灵活的线程同步机制。从Java 8开始，我们可以使用一种叫做StampedLock的新锁。StampedLock是ReadWriteLock的一个替代方案。它允许对读操作进行乐观的锁定。而且，它的性能比ReentrantReadWriteLock更好。

假设我们有两个线程。第一个线程更新一个余额，而第二个线程则读取余额的当前值。为了更新余额，我们当然需要先读取其当前值。在这里，我们需要某种同步机制，假设第一个线程在同一时间内多次运行。第二个线程阐述了如何使用乐观锁来进行读取操作。

StampedLock lock = new StampedLock();
Balance b = new Balance(10000);
Runnable w = () -> {
   long stamp = lock.writeLock();
   b.setAmount(b.getAmount() + 1000);
   System.out.println("Write: " + b.getAmount());
   lock.unlockWrite(stamp);
};
Runnable r = () -> {
   long stamp = lock.tryOptimisticRead();
   if (!lock.validate(stamp)) {
      stamp = lock.readLock();
      try {
         System.out.println("Read: " + b.getAmount());
      } finally {
         lock.unlockRead(stamp);
      }
   } else {
      System.out.println("Optimistic read fails");
   }
};

现在，我们同时运行这两个线程50次。它的结果应该是符合预期的，最终的余额是60000。

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 50; i++) {
   executor.submit(w);
   executor.submit(r);
}

并发累加器

在Java Concurrent包中，有意思的并不仅仅有锁，另外一个很有意思的东西是并发累加器（concurrent accumulator）。我们也有并发的加法器（concurrent adder），但它们的功能非常类似。LongAccumulator（我们也有DoubleAccumulator）会使用一个提供给它的函数更新一个值。在很多场景下，它能让我们实现无锁的算法。当多个线程更新一个共同的值的时候，它通常会比AtomicLong更合适。

我们看一下它是如何运行的。要创建它，我们需要在构造函数中设置两个参数。第一个参数是一个用于计算累加结果的函数。通常情况下，我们会使用sum方法。第二个参数表示累积器的初始值。

现在，让我们创建一个初始值为10000的LongAccumulator，然后从多个线程调用accumulate()方法。最后的结果是什么呢？如果你回想一下的话，我们做的事情和上一节完全一样，但这一次没有任何锁。

LongAccumulator balance = new LongAccumulator(Long::sum, 10000L);
Runnable w = () -> balance.accumulate(1000L);
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(50);
for (int i = 0; i < 50; i++) {
   executor.submit(w);
}
executor.shutdown();
if (executor.awaitTermination(1000L, TimeUnit.MILLISECONDS))
   System.out.println("Balance: " + balance.get());
assert balance.get() == 60000L;

十六进制格式

关于这个特性并没有什么大的故事。有时我们需要在十六进制的字符串、字节或字符之间进行转换。从Java 17开始，我们可以使用HexFormat类实现这一点。只要创建一个HexFormat的实例，然后就可以将输入的byte数组等格式化为十六进制字符串。你还可以将输入的十六进制字符串解析为字节数组，如下所示。

HexFormat format = HexFormat.of();
byte[] input = new byte[] {127, 0, -50, 105};
String hex = format.formatHex(input);
System.out.println(hex);
byte[] output = format.parseHex(hex);
assert Arrays.compare(input, output) == 0;

数组的二分查找

假设我们想在排序的数组中插入一个新的元素。如果数组中已经包含该元素的话，Arrays.binarySearch()会返回该搜索键的索引，否则，它返回一个插入点，我们可以用它来计算新键的索引：-(insertion point)-1。此外，在Java中，binarySearch方法是在一个有序数组中查找元素的最简单和最有效的方法。

让我们考虑下面的例子。我们有一个输入的数组，其中有四个元素，按升序排列。我们想在这个数组中插入数字3，下面的代码展示了如何计算插入点的索引。

int[] t = new int[] {1, 2, 4, 5};
int x = Arrays.binarySearch(t, 3);
assert ~x == 2;

Bit Set

如果我们需要对bit数组进行一些操作该怎么办呢？你是不是会使用boolean[]来实现呢？其实，有一种更有效、更节省内存的方法来实现。这就是BitSet类。BitSet类允许我们存储和操作bit的数组。与boolean[]相比，它消耗的内存要少8倍。我们可以对数组进行逻辑操作，例如：and、or、xor。

比方说，有两个bit的数组,我们想对它们执行xor操作。为了做到这一点，我们需要创建两个BitSet的实例，并在实例中插入样例元素，如下所示。最后，对其中一个BitSet实例调用xor方法，并将第二个BitSet实例作为参数。

BitSet bs1 = new BitSet();
bs1.set(0);
bs1.set(2);
bs1.set(4);
System.out.println("bs1 : " + bs1);
BitSet bs2 = new BitSet();
bs2.set(1);
bs2.set(2);
bs2.set(3);
System.out.println("bs2 : " + bs2);
bs2.xor(bs1);
System.out.println("xor: " + bs2);

如下是运行上述代码的结果：

Phaser

最后，我们介绍本文最后一个有趣的Java特性。和其他一些样例一样，它也是Java Concurrent包的元素，被称为Phaser。它与更知名的CountDownLatch相当相似。然而，它提供了一些额外的功能。它允许我们设置在继续执行之前需要等待的线程的动态数量。在Phaser中，已定义数量的线程需要在进入下一步执行之前在屏障上等待。得益于此，我们可以协调多个阶段的执行。

在下面的例子中，我们设置了一个具有50个线程的屏障，在进入下一个执行阶段之前，需要到达该屏障。然后，我们创建一个线程，在Phaser实例上调用arriveAndAwaitAdvance()方法。它会一直阻塞线程，直到所有的50个线程都到达屏障。然后，它进入phase-1，同样会再次调用arriveAndAwaitAdvance()方法。

Phaser phaser = new Phaser(50);
Runnable r = () -> {
   System.out.println("phase-0");
   phaser.arriveAndAwaitAdvance();
   System.out.println("phase-1");
   phaser.arriveAndAwaitAdvance();
   System.out.println("phase-2");
   phaser.arriveAndDeregister();
};
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(50);
for (int i = 0; i < 50; i++) {
   executor.submit(r);
}

如下是执行上述代码的结果：