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2024-08-10发表2024-08-10更新编程 / Java进阶7 分钟读完 (大约1118个字)

在深入探讨Java的内存管理之前，我们需要对Java内存模型（Java Memory Model，JMM）有一个全面的了解。JMM为Java程序在多线程环境下的执行和数据共享提供了一个层面的保障，主要解决了不同线程如何共享和操作内存中的数据。接下来，让我们深入探索JMM的基本概念、特点以及相关的案例。

1. Java内存模型的基本概念

Java内存模型定义了以下几个关键方面：

内存区域：JMM将内存划分为多个区域，包括堆内存、方法区、程序计数器、Java栈和本地方法栈。
可见性：在多个线程之间，如何确保一个线程对共享变量的修改，对于其他线程是可见的。
原子性：在多线程环境下，某些操作必须是不可分割的，以避免数据不一致。
有序性：指的是指令的执行顺序，JMM允许编译器和处理器对代码中的指令进行重排。

1.1 内存结构

在Java中，主要的内存区域包括：

堆内存（Heap）：用于存储对象实例，是Java垃圾回收的主要区域。
方法区（Method Area）：用于存储类结构、常量、静态变量等数据。
Java栈（Java Stack）：每个线程都有自己的Java栈，用于存储局部变量和部分方法的执行状态。
程序计数器（Program Counter Register）：用于存储当前线程执行的字节码的行号指示器。
本地方法栈（Native Stack）：用于存储本地方法的调用信息。

2. 关键特性

2.1 可见性

在多线程环境下，可见性是一个重要问题。多个线程可能会把相同的变量存储在各自的工作内存中，如何确保线程之间对修改变量的可见性是JMM关注的重点。

例如，在以下代码中：

public class VisibilityTest {
    private static boolean flag = false;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            while (!flag) {
                // 等待flag为true
            }
            System.out.println("Flag is true, exiting...");
        }).start();

        // 主线程等待一段时间
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        flag = true; // 修改flag的值
    }
}

在这个例子中，主线程修改flag的值，但是子线程可能永远无法看到这个更新，导致程序无法正常结束。这是因为没有保证flag在不同线程间的可见性。

2.2 原子性

原子性确保某个操作是不可分割的，即在执行时不会被其他线程中断。例如，对于简单的整数自增操作count++，这是非原子性的，因为它实际上包含了多条指令：读取数值、增加、写回。

我们可以通过synchronized关键字来保证原子性：

public class AtomicityTest {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

在这里，increment方法是线程安全的，因为它使用了synchronized，确保只有一个线程可以执行它，从而保证了count的原子性。

2.3 有序性

有序性指的是程序中语句的执行顺序。JMM允许在不改变程序语义的情况下对指令进行重排。为了增强有序性，可以使用volatile关键字。

public class OrderingTest {
    private int a = 0;
    private volatile int b = 0;

    public void writer() {
        a = 1;          // 1
        b = 2;          // 2
    }

    public void reader() {
        int tempB = b;  // 3
        int tempA = a;  // 4
    }
}

在上述代码中，volatile保证了b的写操作在a之后的可见性。尽管a的写操作可能在内存中被重新排序，但它必须在b之前，这样b的一旦被读取到更新后的值，a应该是1。

3. 总结

Java内存模型为在多线程环境中的数据共享和操作提供了重要的基础。在程序设计中，理解可见性、原子性和有序性是确保多线程程序安全和高效的关键。在下一篇教程中，我们将深入探讨Java的垃圾回收机制，如何在管理内存时充分利用JMM的特点，以达到最佳的表现。

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2024-08-10发表2024-08-10更新编程 / Java进阶8 分钟读完 (大约1210个字)

2 Java内存管理之垃圾回收机制

在上篇中，我们深入探讨了Java内存模型，包括内存区域的划分、每个区域的特点以及线程如何与这些内存区域交互。在这一篇中，我们将重点介绍Java中的垃圾回收机制（Garbage Collection, GC），以及它如何在内存管理中发挥关键作用。

什么是垃圾回收机制

Java中的垃圾回收机制是一种自动管理内存的方式，它确保不再被引用的对象能够被自动回收，释放出内存空间。垃圾回收的目标是减轻程序员的负担，使得他们可以专注于业务逻辑，而不必担忧内存泄漏和手动释放内存的问题。

垃圾回收的工作原理

垃圾回收的工作原理是通过追踪对象的引用来判断哪些对象是“可达的”，即可以被使用的，而那些没有任何引用指向的对象则被视为“不可达”的，最终会被回收。垃圾回收的过程通常包括以下几个步骤：

标记（Mark）：标记所有可达的对象。从JVM的根对象出发，沿着对象的引用链，逐个标记所有可达对象。
清理（Sweep）：对未被标记的对象进行清理。这些对象即是垃圾，将其占用的内存释放出来。
压缩（Compact，选用）：为了减少内存碎片，有时会通过压缩存活对象的内存地址，使得它们在内存中是连续的。

标记-清理算法

最简单的垃圾回收算法是“标记-清理”算法。以下是一个示例，演示了这个过程：

public class MarkAndSweepExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一些对象
        Object obj1 = new Object();
        Object obj2 = new Object();
        
        // obj1 和 obj2 可达
        // 断开 obj1 的引用
        obj1 = null;
        
        // 在这里，可以运行垃圾回收
        System.gc(); // 建议JVM进行垃圾回收
    }
}

在这个例子中，obj1被设为null，使其成为不可达对象。调用System.gc()会建议Java虚拟机进行垃圾回收。

垃圾回收的几种算法

Java中有多种垃圾回收算法，以满足不同的性能需求和应用场景。以下是几种常见的算法：

复制算法：将内存分为两个相同的区域，每次只使用一个区域。当需要回收时，将存活的对象复制到另一区域，清理掉未使用的区域。这种算法有效利用了内存，但需要额外内存空间。
标记-清理算法：如前所述，先标记可达对象，再清理不可达对象。缺点是可能导致内存碎片。
标记-压缩算法：在标记-清理的基础上，对存活对象进行压缩，减少内存碎片。

Java中的垃圾回收器

Java提供了多种垃圾回收器，不同的回收器适用于不同的应用场景。常见的回收器包括：

Serial GC：单线程执行，适合小型应用。
Parallel GC：多线程执行，适合CPU密集型应用。
Concurrent Mark-Sweep (CMS) GC：尽量减少停顿时间，适合需要快速响应的应用。
G1 GC：适用于大规模堆的应用，通过分区来进行垃圾回收。

垃圾回收的调优

虽然Java的垃圾回收是自动的，但有时我们需要对其进行调优，以提高性能。可以通过JVM参数进行设置，例如：

1	java -Xms512m -Xmx1024m -XX:+UseG1GC YourApplication

此命令设置了初始堆大小为512MB，最大堆大小为1024MB，并启用了G1垃圾回收器。

总结

在这一篇中，我们系统地探讨了Java的垃圾回收机制，包括它的工作原理、常见算法及垃圾回收器的类型。理解垃圾回收机制对于优化Java应用的内存管理至关重要。接下来，我们将探讨内存泄漏及其优化策略，帮助开发者进一步提高Java应用的性能。

通过深入学习垃圾回收机制，开发者可以在编码时更好地管理内存，避免因不当使用造成的性能下降和内存问题。在下篇中，我们将继续探讨与内存相关的话题，帮您全面了解Java内存管理。

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2024-08-10发表2024-08-10更新编程 / Java进阶6 分钟读完 (大约973个字)

3 Java内存管理之内存泄漏与优化

在前一篇教程中，我们探讨了Java内存管理中的垃圾回收机制，包括它的工作原理和不同的回收算法。在本篇中，我们将深入研究内存泄漏这一问题以及如何进行效率优化。内存管理是Java程序开发中的一个重要方面，了解内存泄漏和优化策略对提升应用性能至关重要。

什么是内存泄漏？

内存泄漏是指程序中不再使用的对象仍然占据着内存空间，导致可用内存减少，并最终可能导致OutOfMemoryError异常。在Java中，内存是通过垃圾回收机制管理的，但不当的引用管理仍可能造成内存泄漏。

内存泄漏的常见场景

静态集合类存储对象：
当一个对象被添加到一个静态集合中（如List、Map等）而没有在不需要时移除它们，就会造成内存泄漏。

示例代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class MemoryLeakExample {
    private static List<Object> list = new ArrayList<>();

    public static void addObject(Object obj) {
        list.add(obj); // 对象被添加到静态List中
    }
}

事件监听器：
当一个对象注册了事件监听器，但在不需要时未注销，那么这些对象会持续存在于内存中。
内部类：
使用非静态内部类作为回调接口时，如果它引用了外部类的实例，而外部类实例又未被垃圾回收，这也可能导致内存泄漏。

如何识别内存泄漏？

识别内存泄漏通常需要使用一些工具和技术，例如：

Java VisualVM：可以监控Java应用的内存使用情况，并查看对象存活情况。
**Eclipse Memory Analyzer (MAT)**：能够分析堆转储文件，帮助识别内存泄漏的源头。

堆转储分析案例

通过Java VisualVM，我们可以生成堆转储并分析其中的对象引用情况。例如，我们可以监视MemoryLeakExample类并生成堆转储，分析其中的list内容，发现积累未释放的对象。

内存优化策略

有了对内存泄漏的认知后，我们应该采取有效的优化策略来减少内存占用并避免泄漏。

1. 合理使用集合类

当使用集合类存储对象时，确保在不再需要对象时显式移除。可以使用weakReference来帮助管理不再需要的对象。

示例代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.lang.ref.WeakReference;

public class OptimizedMemoryLeak {
    private static List<WeakReference<Object>> list = new ArrayList<>();

    public static void addObject(Object obj) {
        list.add(new WeakReference<>(obj)); // 使用弱引用
    }
}

2. 注销事件监听器

确保在对象不再需要时注销所有的事件监听器。例如，在关闭或销毁用户界面时。

3. 使用静态内部类

为了避免外部类引用造成的内存泄漏，尽量使用static内部类，或者使用其他设计模式来解耦。

示例代码：

class Outer {
    static class StaticInner {
        void printMessage() {
            System.out.println("Hello from Static Inner Class!");
        }
    }
}

结语

内存管理是确保Java应用运行高效的关键。了解内存泄漏的原因和避免策略，可以帮助我们构建更可靠，更高效的应用。无论是通过合理管理引用、使用工具监控内存，还是实施内存优化策略，都是每一个Java开发者需要掌握的技能。在下一篇教程中，我们将转向并发编程，讨论线程与进程的区别，进一步提升你的Java编程能力。

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2024-08-10发表2024-08-10更新编程 / Java进阶6 分钟读完 (大约904个字)

4 Java并发编程之线程与进程的区别

在深入学习Java的并发编程之前，我们有必要首先了解线程与进程这两个基本概念。虽然这两者在日常使用中常常被混淆，但它们是计算机操作系统的基本调度单位，并且在Java的多线程编程中扮演着重要角色。

进程与线程的基本概念

进程：进程是正在执行的程序的实例，是系统进行资源分配和调度的独立单位。每个进程都有自己的地址空间、数据栈及其他进程所需的辅助数据。操作系统对进程的管理是对资源分配的管理。
线程：线程是进程中的一个执行单元，是程序执行的最小单位。每个进程可以拥有一个或多个线程，线程共享进程的资源（例如，内存、文件描述符等），但每个线程都有自己的栈和寄存器。

主要区别

1. 资源分配

进程是系统分配资源的基本单位。每个进程都有自己的内存空间，而线程是执行的基本单位，线程之间的资源使用是共享的。

2. 创建与销毁

进程的创建和销毁相对开销较大，而线程的创建和销毁开销相对较小。在Java中，启动一个新的线程（通过Thread类或Runnable接口）比启动一个新的进程要快得多。

3. 陷入内核的程度

进程间通信需要通过操作系统提供的IPC机制，这导致了进程之间的通信速度较慢；而线程之间的通信效率更高，因为它们共享同一进程的内存空间。

4. 独立性

进程是相互独立的，一个进程的崩溃不会影响其他进程的运行；而线程是依附于进程的，一个线程的异常可能会导致整个进程的崩溃。

Java中的线程与进程

在Java中，通过Thread类或者实现Runnable接口来创建线程。Java虚拟机（JVM）提供了与线程相关的API，使得多线程编程变得相对容易。

示例代码：创建线程

public class ThreadExample extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - Count: " + i);
            try {
                Thread.sleep(100); // 暂停100毫秒
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadExample thread1 = new ThreadExample();
        ThreadExample thread2 = new ThreadExample();

        thread1.start(); // 启动第一个线程
        thread2.start(); // 启动第二个线程
    }
}

在上述示例中，我们创建了一个继承自Thread类的线程，在run方法中执行循环任务。当调用start()方法时，线程被调度执行，输出结果可能是交错的，因为两个线程是并发执行的。

总结

了解线程与进程的区别是学习Java并发编程的基础。在实际开发中，线程较进程具有更快的创建和销毁速度以及更低的资源消耗，这使得Java被广泛应用于各种多线程场景。

接下来的文章中，我们将深入探讨Java并发编程的另一个重要主题：Executor框架，它为多线程任务的管理提供了更高层次的抽象。了解这些概念，对更复杂的并发编程打下坚实基础。

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2024-08-10发表2024-08-10更新编程 / Java进阶7 分钟读完 (大约1051个字)

5 并发编程之Executor框架

在上一篇中，我们讨论了线程与进程的区别，了解了它们的基本概念以及在并发编程中的角色。接下来，我们将深入探讨Java中的Executor框架，这是一个用于处理并发任务的重要工具。Executor框架能够帮助我们更高效地创建和管理线程，从而提升我们应用程序的性能和可维护性。

Executor框架概述

Executor框架是Java 5引入的，主要目的是为了简化线程的管理和执行。它提供了一种更高层次的抽象，允许程序员以更简单的方式执行任务，而不必直接管理线程的生命周期。

核心组件

Executor框架的核心组件主要包括以下几个接口和类：

Executor：最基本的执行器接口，用于执行提交的任务。

1
2
3

public interface Executor {
    void execute(Runnable command);
}

ExecutorService：Executor的一个子接口，提供了更多的方法来管理和控制任务的执行，包括提交任务和关闭服务等。

public interface ExecutorService extends Executor {
    <T> Future<T> submit(Callable<T> task);
    void shutdown();
    List<Runnable> shutdownNow();
}

ThreadPoolExecutor：ExecutorService的一个实现，支持池化的线程执行器，允许重用线程以减少开销。
ScheduledExecutorService：用于支持定时和周期性任务的执行。

创建和使用Executor

使用Executor框架，我们可以轻松创建一个线程池来执行多个并发任务。这里是一个创建和使用ThreadPoolExecutor的简单例子。

示例代码

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ExecutorExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个固定大小的线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);

        // 提交多个任务
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i;
            executorService.submit(() -> {
                System.out.println("Executing task " + taskId + " in thread " + Thread.currentThread().getName());
            });
        }

        // 关闭线程池
        executorService.shutdown();
    }
}

在这个例子中，我们创建了一个固定大小为3的线程池，并提交了5个任务。这些任务将会被线程池中的线程并发执行。由于线程池的大小限制，最多只能有3个任务同时执行。

线程池的好处

使用Executor框架和线程池有以下几个显著的好处：

资源管理：通过限制线程的数量，避免了系统因过多线程启动而造成的资源竞争和上下文切换的开销。
任务复用：线程池中的线程可以被复用，减少了创建和销毁线程的开销。
易于控制：使用ExecutorService可以更方便地控制线程的执行，例如优雅地关闭线程。

任务的提交

在ExecutorService中，可以通过多种方式提交任务：

使用Runnable提交任务：

1	executorService.execute(new RunnableTask());

使用Callable提交任务（可以返回结果）：

1	Future<String> future = executorService.submit(new CallableTask());

示例代码 - Callable

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ExecutorService;

public class CallableExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        
        Callable<String> callableTask = () -> {
            // 模拟耗时操作
            Thread.sleep(2000);
            return "Task completed";
        };
        
        Future<String> future = executorService.submit(callableTask);
        
        // 这里可以做其他事情

        // 获取任务的结果
        String result = future.get(); // 阻塞直到任务完成
        System.out.println(result);

        executorService.shutdown();
    }
}

在上面的例子中，我们使用Callable接口定义了一个可以返回结果的任务。当调用future.get()方法时，如果任务尚未完成，它将阻塞当前线程，直到结果准备好。

小结

通过本文的讨论，我们对Executor框架有了更深入的理解，了解了如何使用线程池来管理并发任务。这种方法不仅增强了代码的可读性和可维护性，还提高了应用程序的性能。在下一篇中，我们将探讨并发集合类，进一步提高我们在并发编程中的技能。

通过合理使用Executor框架，我们可以开发出更高效、更可靠的并发应用。

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2024-08-10发表2024-08-10更新编程 / Java进阶6 分钟读完 (大约874个字)

6 并发编程之并发集合类

在 Java 的并发编程中，传统的集合类如 ArrayList、HashMap 并不安全，无法在多线程环境中保证数据的一致性和安全性。为了满足并发环境下的数据操作需求，Java 提供了一系列并发集合类，这些类在 java.util.concurrent 包中定义。本篇文章将详细介绍这些并发集合类，帮助你在并发编程中更好地管理数据。

1. 为什么需要并发集合类？

在多线程环境下，多个线程可以同时访问和修改共享数据，这就可能导致数据的不一致或错误。并发集合类通过内部的同步机制，使得多个线程在访问集合时能够安全地进行操作。

2. 常用的并发集合类

2.1 `ConcurrentHashMap`

ConcurrentHashMap 是一个线程安全的哈希表，允许并发读取和更新操作。它使用了一种分段锁定的机制来提高性能。

示例代码：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();

        // 向集合中放置数据
        map.put("A", 1);
        map.put("B", 2);

        // 创建多个线程来并发更新集合
        Runnable task = () -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                map.put(Thread.currentThread().getName(), i);
            }
        };

        Thread t1 = new Thread(task);
        Thread t2 = new Thread(task);
        t1.start();
        t2.start();

        // 等待线程结束
        try {
            t1.join();
            t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 输出集合中的数据
        System.out.println("Final map: " + map);
    }
}

2.2 `CopyOnWriteArrayList`

CopyOnWriteArrayList 是一个线程安全的变体，可以在写操作时进行复制操作，提高了读取的性能。适用于读多写少的场景。

示例代码：

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class CopyOnWriteArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

        // 向集合中添加元素
        list.add("A");
        list.add("B");

        // 创建多个线程来并发读取和更新集合
        Runnable task = () -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                list.add(Thread.currentThread().getName() + " - " + i);
            }
        };

        Thread t1 = new Thread(task);
        Thread t2 = new Thread(task);
        t1.start();
        t2.start();

        // 等待线程结束
        try {
            t1.join();
            t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 输出集合中的数据
        System.out.println("Final list: " + list);
    }
}

2.3 `BlockingQueue`

BlockingQueue 接口有多种实现，例如 ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue，这些队列可以在并发生产者-消费者模型中扮演重要角色。它们支持阻塞操作，如当队列为空时，消费者线程会被阻塞，直到有新元素可用。

示例代码：

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

public class BlockingQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);

        // 生产者线程
        Runnable producer = () -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    queue.put(i);
                    System.out.println("Produced: " + i);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }
        };

        // 消费者线程
        Runnable consumer = () -> {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    int value = queue.take();
                    System.out.println("Consumed: " + value);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }
        };

        Thread producerThread = new Thread(producer);
        Thread consumerThread = new Thread(consumer);
        
        producerThread.start();
        consumerThread.start();

        // 等待线程结束
        try {
            producerThread.join();
            consumerThread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. 总结

在并发编程中，选择合适的并发集合类对于保证数据安全与提高性能至关重要。通过上面几种集合类的学习，我们可以看到它们在多线程环境中的优势和适用场景。

在本文中，我们重点介绍了 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList 和 BlockingQueue，这些都是进行高效并发编程时常用的工具。接下来，我们将会学习 Java 8 的新特性之一，即 Lambda 表达式，这一特性将使得我们的代码更加简洁和易于维护。

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2024-08-10发表2024-08-10更新编程 / Java进阶6 分钟读完 (大约936个字)

7 Lambda 表达式

在之前的文章中，我们探讨了Java中的并发编程与并发集合类。并发编程为我们提供了在多线程环境中安全地处理共享数据的能力。而在Java 8中，作为语言的重要特性之一，Lambda 表达式的引入使得我们可以更简化地处理代码中的函数式编程，特别是在需要对集合进行操作时。接下来，我们将详细了解 Lambda 表达式 ，并展示如何运用它来提高代码的可读性和简洁性。

什么是 Lambda 表达式？

Lambda 表达式是引入Java 8的一个新特性，它允许我们以更简洁的方式来表示函数式接口（只包含一个抽象方法的接口）的实例。它的基本语法如下：

1	(parameters) -> expression

或者

1	(parameters) -> { statements; }

这里，parameters是输入参数，->是箭头操作符，expression或者statements是要执行的代码逻辑。在Lambda 表达式中，输入参数的类型可以被自动推断，因此我们不需要显示地声明类型，这使得代码更加简洁。

Lambda 表达式的基本用例

为了更直观地展示 Lambda 表达式 的使用，我们首先定义一个简单的函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface Greeting {
    void sayHello(String name);
}

然后使用 Lambda 表达式 来实现该接口：

public class LambdaExample {
    public static void main(String[] args) {
        Greeting greeting = name -> System.out.println("Hello, " + name);
        greeting.sayHello("John");
    }
}

在上面的代码中，name -> System.out.println("Hello, " + name)就是一个 Lambda 表达式，它实现了 Greeting 接口的 sayHello 方法。

使用 Lambda 表达式处理集合

Lambda 表达式在处理集合时表现尤为突出。接下来，我们通过一个示例来展示它是如何应用于集合操作的。

假设我们有一个学生列表，要求过滤出分数大于80的学生，并打印他们的姓名：

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class Student {
    String name;
    int score;

    public Student(String name, int score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getScore() {
        return score;
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Student> students = Arrays.asList(
            new Student("Alice", 85),
            new Student("Bob", 75),
            new Student("Charlie", 90)
        );

        // 使用Lambda表达式进行过滤
        students.stream()
                .filter(student -> student.getScore() > 80)
                .forEach(student -> System.out.println(student.getName()));
    }
}

在上述代码中，我们使用了 stream() 方法来转换 students 列表为流，并利用 filter 方法和 forEach 方法来处理数据。这两者的参数都是使用 Lambda 表达式 表示的。

Lambda 表达式的优势

代码简洁：Lambda 表达式省去了大量的样板代码，使得代码更容易阅读和维护。
支持函数式编程：它允许我们将行为作为参数传递，从而可以更灵活地处理功能。例如，我们可以将一个 Lambda 表达式 直接传递给方法，作为回调函数。
与 Stream API 无缝接合：在处理大量数据时，结合 Stream API 使用 Lambda 表达式 能有效提升代码表达力和执行效率，这将在下一篇文章中深入探讨。

结束语

通过对 Lambda 表达式 的学习，我们看到它为 Java 8 引入的函数式编程特性赋予了新的活力。这不仅提升了代码的可读性，还为我们提供了更灵活的操作方式。接下来，在准备迎接 Java 8 新特性之 Stream API 时，我们将更深入地探索如何在数据处理中利用 Lambda 表达式 的强大能力。

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2024-08-10发表2024-08-10更新编程 / Java进阶7 分钟读完 (大约1100个字)

8 Java 8新特性之Stream API

在上一篇文章中，我们讨论了Java 8的新特性之一——Lambda表达式，它极大地简化了代码中的匿名内部类的使用。今天，我们将深入探讨另一个重要特性——Stream API。Stream API提供了一种高效且清晰的方式来处理集合数据，支持多种操作，例如过滤、映射、和归约等。它使得我们能够用声明式的方式处理数据，极大提高了代码的可读性和简洁性。

1. 什么是Stream？

在Java中，Stream是一种对集合的操作抽象，它不存储数据，而是计算数据。Stream可以被认为是集合的一种“管道”，允许我们在数据上进行一系列的计算。与集合不同的是，Stream的操作可以是惰性求值的，也就是说，数据计算会在需要时才执行，从而有助于提高性能。

2. Stream的创建

我们可以通过几种方式创建Stream：

2.1 从集合创建Stream

最常见的方法是从集合中创建Stream，例如：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.Stream;

public class StreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = new ArrayList<>();
        names.add("Alice");
        names.add("Bob");
        names.add("Charlie");

        Stream<String> stream = names.stream();
        List<String> upperCaseNames = stream.map(String::toUpperCase).collect(Collectors.toList());

        System.out.println(upperCaseNames);
    }
}

在这个例子中，我们首先创建了一个List，然后使用stream()方法将其转换为一个Stream。接着，我们通过map方法将每个名字转换为大写，最后使用collect方法将结果收集到一个新的列表中。

2.2 从数组创建Stream

除了集合，我们还可以从数组创建Stream：

1 2	String[] array = {"A", "B", "C"}; Stream<String> streamFromArray = Stream.of(array);

2.3 使用Stream.generate()和Stream.iterate()

Java 8还提供了Stream.generate()和Stream.iterate()来生成无限流：

1 2	Stream<Double> randomNumbers = Stream.generate(Math::random).limit(5); randomNumbers.forEach(System.out::println);

3. Stream的操作

Stream支持多种操作，主要分为两类：中间操作和终端操作。

3.1 中间操作

中间操作是惰性执行的，意味着它们不会立即计算，而是在需要时才执行。常见的中间操作有：

filter(predicate)：用于过滤元素。
map(function)：用于转换元素。
distinct()：去重。
sorted()：排序。

例如，使用filter来选择特定的元素：

List<String> filteredNames = names.stream()
                                   .filter(name -> name.startsWith("A"))
                                   .collect(Collectors.toList());
System.out.println(filteredNames); // 输出: [Alice]

3.2 终端操作

终端操作会触发流的计算并产生结果，常见的终端操作有：

collect()：将元素收集到集合中。
count()：计算元素个数。
forEach(consumer)：对每个元素执行操作。
reduce()：将元素归约成一个值。

例如，使用count来计算元素个数：

1 2	long count = names.stream().count(); System.out.println(count); // 输出: 3

3.3 归约操作

reduce是一种实现归约的方法，它允许我们将流中的元素合并成一个单独的值。例如：

1 2	int sum = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5).reduce(0, Integer::sum); System.out.println(sum); // 输出: 15

在这个示例中，我们使用reduce将1到5的值相加，初始值为0。

4. Stream的优势

声明式操作：Stream允许以声明的方式进行操作，而不是命令式的、逐步控制的方式。
惰性求值：Stream的中间操作是惰性求值的，提升了性能。
并行处理：Stream API简化了并行处理的实现，可以通过parallelStream()轻松实现并行流处理。

1
2
3

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
int sum = numbers.parallelStream().reduce(0, Integer::sum);
System.out.println(sum); // 输出: 15

5. 小结

在这一篇中，我们深入探讨了Java 8中的Stream API。通过各种示例，我们展示了如何创建Stream、进行基本操作及其优点。Stream API结合了Lambda表达式的优雅，使得数据处理更加高效和易读。在下一篇文章中，我们将讨论Java 8中的Optional类，这是处理可能为空的值的一种更安全且更优雅的方法。通过对这些特性的理解和应用，相信你将能更好地提升你的Java编程能力。

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2024-08-10发表2024-08-10更新编程 / Java进阶6 分钟读完 (大约829个字)

9 Java 8 新特性之 Optional 类

在上一篇中，我们深入探讨了 Java 8 的 Stream API，并学习了如何使用流来处理集合数据。在本篇中，我们将聚焦于另一个重要的新特性——Optional 类，它是解决 null 引用问题的有力工具，使得 Java 编程更为简洁和安全。

什么是 Optional 类？

在 Java 中，Optional 类是一个容器，用于表示一个可能存在或不存在的值。它是对 null 值的一个封装，能够有效地防止 NullPointerException。简单来说，Optional 使得方法的返回值可以表明该值是否存在。

使用 Optional 有几个主要目的：

提高 API 的可读性。
避免面对 null 的繁琐处理。
提供更加灵活和安全的方式来处理缺失值。

创建 Optional 对象

可以使用以下几种方法创建 Optional 对象：

Optional.of(value)：创建一个包含非空值的 Optional。
Optional.ofNullable(value)：创建一个可能为空的 Optional。
Optional.empty()：创建一个空的 Optional。

示例

1
2
3

Optional<String> nonEmptyOptional = Optional.of("Hello, Java 8");
Optional<String> nullableOptional = Optional.ofNullable(null);
Optional<String> emptyOptional = Optional.empty();

重要方法

Optional 类提供了一些非常有用的方法，用于处理可能缺失的值。以下是一些常见的方法：

isPresent()：判断值是否存在。
ifPresent(Consumer<? super T> action)：如果值存在，则执行提供的操作。
orElse(T other)：如果值不存在，返回提供的默认值。
orElseGet(Supplier<? extends T> other)：如果值不存在，返回由提供的 Supplier 生成的值。
orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier)：如果值不存在，则抛出由提供的 Supplier 生成的异常。

案例：使用 Optional 处理用户

假设我们有一个用户系统，能够根据用户 ID 查找用户。如果用户 ID 不存在，则返回一个空的 Optional。下面是示例代码：

import java.util.Optional;

class User {
    private String name;

    public User(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

class UserService {
    public Optional<User> findUserById(String userId) {
        // Imagine this comes from a database
        if ("123".equals(userId)) {
            return Optional.of(new User("Alice"));
        } else {
            return Optional.empty();
        }
    }
}

public class OptionalExample {
    public static void main(String[] args) {
        UserService userService = new UserService();

        Optional<User> userOptional = userService.findUserById("123");
        userOptional.ifPresent(user -> System.out.println("User found: " + user.getName()));

        // 处理未找到用户的情况
        String username = userOptional.map(User::getName).orElse("Guest");
        System.out.println("Username: " + username);
    }
}

代码解析

在上述示例中，findUserById 方法返回的是一个 Optional<User> 类型。我们使用 ifPresent 方法检查用户是否存在，存在则输出用户的名称。接着，使用 map 方法获取用户的名称，如果用户不存在，则默认返回 “Guest”。

总结

Optional 类是一种提高代码可读性和安全性的重要工具，尤其是在处理可能为空的值时。使用 Optional 可以更好地表达方法的意图，优雅地处理缺失值，避免了大量的 null 检查。

在下一篇中，我们将探讨 Java 设计模式中的单例模式，进一步增强我们在 Java 开发中的能力。通过结合合理的设计模式和新特性，我们能够编写出更高效、更可靠的 Java 代码。

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2024-08-10发表2024-08-10更新编程 / Java进阶6 分钟读完 (大约904个字)

10 Java设计模式之单例模式

在前一篇中，我们探讨了Java 8的新特性，特别是Optional类，它帮助我们有效地处理可能为null的值，从而减小了出现NullPointerException的风险。而在本篇文章中，我们将深入理解Java设计模式中的单例模式。这是一个非常重要的设计模式，常用于确保某个类只有一个实例，并提供全局访问点。

什么是单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是一种创建型设计模式，目的是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。这个模式通常用于控制对共享资源的访问，例如数据库连接、线程池等。

在Java中，单例模式的实现有多种方式，下面我们将介绍最常用的几种。

单例模式的实现方式

1. 饿汉式单例

饿汉式单例是在类加载时立即实例化Singleton类的实例。当这个类被使用时，实例已存在。

实现代码

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton() {
        // 私有构造函数，防止外部实例化
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

使用示例

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 输出 true
    }
}

2. 懒汉式单例

懒汉式单例在需要时才创建实例。为了避免多线程环境下的竞争，通常会使用synchronized关键字来确保线程安全。

实现代码

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;

    private LazySingleton() {
        // 私有构造函数，防止外部实例化
    }

    public static synchronized LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

使用示例

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        LazySingleton lazySingleton1 = LazySingleton.getInstance();
        LazySingleton lazySingleton2 = LazySingleton.getInstance();

        System.out.println(lazySingleton1 == lazySingleton2); // 输出 true
    }
}

3. 双重检查锁定单例

为了提高懒汉式单例的性能，可以使用双重检查锁定（Double-Check Locking）进行优化。这样，只有在实例为空时，才会 synchronized，以降低了性能开销。

实现代码

public class DoubleCheckSingleton {
    private static volatile DoubleCheckSingleton instance;

    private DoubleCheckSingleton() {
        // 私有构造函数，防止外部实例化
    }

    public static DoubleCheckSingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (DoubleCheckSingleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new DoubleCheckSingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

使用示例

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        DoubleCheckSingleton doubleCheckSingleton1 = DoubleCheckSingleton.getInstance();
        DoubleCheckSingleton doubleCheckSingleton2 = DoubleCheckSingleton.getInstance();

        System.out.println(doubleCheckSingleton1 == doubleCheckSingleton2); // 输出 true
    }
}

4. 静态内部类单例

通过一个静态内部类来实现单例模式，利用JVM的类加载机制来达到懒加载和线程安全的效果。

实现代码

public class StaticInnerClassSingleton {
    private StaticInnerClassSingleton() {
        // 私有构造函数，防止外部实例化
    }

    private static class Holder {
        private static final StaticInnerClassSingleton INSTANCE = new StaticInnerClassSingleton();
    }

    public static StaticInnerClassSingleton getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }
}

使用示例

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        StaticInnerClassSingleton singleton1 = StaticInnerClassSingleton.getInstance();
        StaticInnerClassSingleton singleton2 = StaticInnerClassSingleton.getInstance();

        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 输出 true
    }
}

总结

单例模式在Java中具有广泛的应用场景，它可以有效地控制实例的创建，节省资源并简化管理。在实际使用中，应根据具体的需求选择合适的单例模式实现方式。接下来，我们将对比单例模式与工厂模式，以更好地理解这两种设计模式在实际开发中的应用。

通过掌握单例模式，您将能够在需要确保某个类只有一个实例时做出正确的设计决策，为接下来的工厂模式打下良好的基础。

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2024-08-10发表2024-08-10更新编程 / Java进阶7 分钟读完 (大约1055个字)

11 Java设计模式之工厂模式

在前一篇中，我们深入探讨了单例模式，它保证了类只有一个实例，并提供了一个全局访问点。今天，我们将继续探索工厂模式，这是一种创建对象的设计模式，用于将对象的实例化推迟到子类。

工厂模式简介

工厂模式主要旨在通过定义一个接口或抽象类，让客户端无需了解具体的实现类，便可以通过工厂方法创建对象。这样做的好处在于低耦合性，使得代码更加灵活和可维护。在Java中，工厂模式通常分为两种类型：简单工厂模式和抽象工厂模式。

简单工厂模式

简单工厂模式通过一个工厂类，根据传入参数返回不同类的实例。在这种模式中，工厂类负责创建对象，并将创建对象的逻辑与使用对象的逻辑分离。

示例案例

假设我们要创建一个图形绘制应用，根据不同类型绘制不同的图形（例如：圆形和方形）。我们可以创建一个简单工厂来实现这一功能。

// 图形接口
public interface Shape {
    void draw();
}

// 圆形类
public class Circle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a Circle");
    }
}

// 方形类
public class Square implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a Square");
    }
}

// 简单工厂类
public class ShapeFactory {
    public static Shape getShape(String shapeType) {
        if (shapeType == null) {
            return null;
        }
        if (shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")) {
            return new Circle();
        } else if (shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")) {
            return new Square();
        }
        return null;
    }
}

// 客户端代码
public class FactoryPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Shape shape1 = ShapeFactory.getShape("CIRCLE");
        shape1.draw(); // 输出：Drawing a Circle

        Shape shape2 = ShapeFactory.getShape("SQUARE");
        shape2.draw(); // 输出：Drawing a Square
    }
}

在上述示例中，ShapeFactory负责根据提供的形状类型返回相应的形状对象。客户端通过调用工厂方法，而无需关心具体实现。

抽象工厂模式

与简单工厂模式不同，抽象工厂模式提供一个接口，允许创建一组相关或相互依赖的对象。这样，客户可以使用工厂接口来创建对象，而不必了解具体的实现类。

示例案例

继续之前的图形绘制应用，我们引入颜色的概念，使得我们可以为每种图形选择颜色。这里我们将创建一个抽象工厂。

// 颜色接口
public interface Color {
    void fill();
}

// 红色类
public class Red implements Color {
    @Override
    public void fill() {
        System.out.println("Filling with Red Color");
    }
}

// 绿色类
public class Green implements Color {
    @Override
    public void fill() {
        System.out.println("Filling with Green Color");
    }
}

// 抽象工厂
public interface AbstractFactory {
    Shape getShape(String shapeType);
    Color getColor(String colorType);
}

// 形状工厂类
public class ShapeFactory implements AbstractFactory {
    @Override
    public Shape getShape(String shapeType) {
        if (shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")) {
            return new Circle();
        } else if (shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")) {
            return new Square();
        }
        return null;
    }

    @Override
    public Color getColor(String colorType) {
        return null; // 不处理颜色
    }
}

// 颜色工厂类
public class ColorFactory implements AbstractFactory {
    @Override
    public Shape getShape(String shapeType) {
        return null; // 不处理形状
    }

    @Override
    public Color getColor(String colorType) {
        if (colorType.equalsIgnoreCase("RED")) {
            return new Red();
        } else if (colorType.equalsIgnoreCase("GREEN")) {
            return new Green();
        }
        return null;
    }
}

// 工厂生成器
public class FactoryProducer {
    public static AbstractFactory getFactory(boolean isShapeFactory) {
        if (isShapeFactory) {
            return new ShapeFactory();
        } else {
            return new ColorFactory();
        }
    }
}

// 客户端代码
public class AbstractFactoryPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractFactory shapeFactory = FactoryProducer.getFactory(true);
        Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");
        shape1.draw();
        
        AbstractFactory colorFactory = FactoryProducer.getFactory(false);
        Color color1 = colorFactory.getColor("RED");
        color1.fill();
    }
}

在这个示例中，我们定义了一个AbstractFactory接口，分别实现于ShapeFactory和ColorFactory。客户端根据需要可以使用FactoryProducer获取不同的工厂，进而创建相应的对象。

总结

工厂模式是一种创建对象的设计模式，有助于降低耦合度并增强系统的灵活性。通过使用工厂模式，无论是简单工厂还是抽象工厂，我们都能够将对象的创建与使用分离，从而遵循单一职责原则和开闭原则。在下一篇文章中，我们将继续探讨观察者模式，深入理解如何实现对象之间的解耦合与事件驱动的设计理念。

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2024-08-10发表2024-08-10更新编程 / Java进阶7 分钟读完 (大约1029个字)

12 Java设计模式之观察者模式

在上一篇文章中，我们探讨了Java设计模式中的工厂模式，它帮助我们创建对象，使得代码更加灵活和可维护。而在本篇文章中，我们将讨论 观察者模式，这是一种常用的设计模式，可以让我们更好地处理对象之间的关系。

观察者模式简介

观察者模式是一种行为设计模式，其中一个对象（称为“主题”或“被观察者”）维持一系列依赖于它的对象（称为“观察者”），并在其状态发生变化时，自动通知这些观察者。这样的设计促进了对象之间的解耦，使得系统更加灵活。

观察者模式的组件

主题（Subject）：
主题是被观察的对象，负责维护观察者的集合，以及添加、删除观察者的功能。
观察者（Observer）：
观察者是依赖于主题的对象，当主题的状态改变时，它会收到通知。
具体主题（ConcreteSubject）：
具体实现主题的类，负责存储状态、更新状态并通知所有的观察者。
具体观察者（ConcreteObserver）：
具体实现观察者的类，定义响应主题变化的行为。

观察者模式的实现

让我们通过一个简单的 Java 示例来说明观察者模式的实现。在这个示例中，我们将模拟天气站的工作，天气站作为主题会通知显示的设备（观察者）当前的温度变化。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 观察者接口
interface Observer {
    void update(float temperature);
}

// 主题接口
interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);
    void removeObserver(Observer o);
    void notifyObservers();
}

// 具体主题
class WeatherData implements Subject {
    private List<Observer> observers;
    private float temperature;

    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList<>();
    }

    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        observers.remove(o);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(temperature);
        }
    }

    // 更新天气数据
    public void setTemperature(float temperature) {
        this.temperature = temperature;
        notifyObservers();
    }
}

// 具体观察者
class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
    private float temperature;

    @Override
    public void update(float temperature) {
        this.temperature = temperature;
        display();
    }

    public void display() {
        System.out.println("Current temperature: " + temperature + "°C");
    }
}

// 测试观察者模式
public class ObserverPatternTest {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();
        CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay();

        weatherData.registerObserver(currentDisplay);

        weatherData.setTemperature(25.0f);
        weatherData.setTemperature(30.0f);
    }
}

代码解读

我们定义了一个 Observer 接口和一个 Subject 接口，后者提供注册、撤销和通知观察者的方法。
WeatherData 类实现了 Subject 接口，维护一个观察者列表和当前温度的状态。在 setTemperature 方法中，当温度更新时，它会调用 notifyObservers 方法，通知所有注册的观察者。
CurrentConditionsDisplay 类实现了 Observer 接口，一旦接收到温度更新，它就会调用 display 方法打印当前温度。
ObserverPatternTest 类则是主程序，创建 WeatherData 实例并注册观察者，然后通过调用 setTemperature 方法更改温度。

观察者模式的优缺点

优点：

解耦：观察者模式遵循了 单一职责原则，主题与观察者之间的耦合度低。
灵活性：可以方便地添加或删除观察者。

缺点：

通知成本：当观察者数量较多时，通知的开销可能会影响性能。
可能的内存泄漏：观察者在不再需要时未能正确解除注册，会导致内存泄漏。

总结

在本篇文章中，我们详细探讨了观察者模式，这种模式在实际应用中非常有用，能够很好地支持一对多的依赖关系。在下篇文章中，我们将继续探讨 JVM调优之JVM的工作原理，了解JVM如何管理和优化内存，以提升Java应用的性能。希望本篇文章能够帮助大家掌握观察者模式的概念及其实现。

🔥 新增教程

1. Java内存模型的基本概念

1.1 内存结构

2. 关键特性

2.1 可见性

2.2 原子性

2.3 有序性

3. 总结

分享转发

什么是垃圾回收机制

垃圾回收的工作原理

标记-清理算法

垃圾回收的几种算法

Java中的垃圾回收器

垃圾回收的调优

总结

分享转发

什么是内存泄漏？

内存泄漏的常见场景

如何识别内存泄漏？

堆转储分析案例

内存优化策略

1. 合理使用集合类

2. 注销事件监听器

3. 使用静态内部类

结语

分享转发

进程与线程的基本概念

主要区别

1. 资源分配

2. 创建与销毁

3. 陷入内核的程度

4. 独立性

Java中的线程与进程

示例代码：创建线程

总结

分享转发

Executor框架概述

核心组件

创建和使用Executor

示例代码

线程池的好处

任务的提交

示例代码 - Callable

小结

分享转发

1. 为什么需要并发集合类？

2. 常用的并发集合类

2.1 ConcurrentHashMap

示例代码：

2.2 CopyOnWriteArrayList

示例代码：

2.3 BlockingQueue

示例代码：

3. 总结

分享转发

什么是 Lambda 表达式？

Lambda 表达式的基本用例

使用 Lambda 表达式处理集合

Lambda 表达式的优势

结束语

分享转发

1. 什么是Stream？

2. Stream的创建

2.1 从集合创建Stream

2.2 从数组创建Stream

2.3 使用Stream.generate()和Stream.iterate()

3. Stream的操作

3.1 中间操作

3.2 终端操作

3.3 归约操作

4. Stream的优势

5. 小结

分享转发

什么是 Optional 类？

创建 Optional 对象

示例

重要方法

案例：使用 Optional 处理用户

代码解析

2.1 `ConcurrentHashMap`

2.2 `CopyOnWriteArrayList`

2.3 `BlockingQueue`