Java8——快速入门手册（学习笔记）

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Java8中新增了许多的新特性，在这里本人研究学习了几个较为常用的特性，在这里与大家进行分享。本文包含以下几个章节：Lambda 表达式，方法引用，默认方法，函数接口，Function，Stream，Optional API，Date Time API

Java8特性学习笔记

　　Java8中新增了许多的新特性，在这里本人研究学习了几个较为常用的特性，在这里与大家进行分享。（这里推荐深入理解Java 8用于理解基础知识）本文分为以下几个章节：

  • Lambda 表达式
  • 方法引用
  • 默认方法
  • 函数接口
  • Function
  • Stream
  • Optional API
  • Date Time API

Lambda表达式

Lambda 表达式，也可称为闭包。Lambda 允许把函数作为一个方法的参数（函数作为参数传递进方法中）。使用 Lambda 表达式可以使代码变的更加简洁紧凑。 Lambda表达式可以替代以前广泛使用的内部匿名类，各种回调，比如事件响应器、传入Thread类的Runnable等。

Lambda语法

lambda 表达式的语法格式如下： 

(parameters) -> expression  
或  
(parameters) ->{ statements; }

Lambda表达式的特征

  • 类型声明（可选）：可以不需要声明参数类型，编译器会识别参数值。
  • 参数圆括号（可选）：在单个参数时可以不使用括号，多个参数时必须使用。
  • 大括号和return关键字（可选）：如果只有一个表达式，则可以省略大括号和return关键字，编译器会自动的返回值；相对的，在使用大括号的情况下，则必须指明返回值。

Lambda表达式例子

这里以常用的list排序功能为例：

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private static List<People> peopleList = new ArrayList<People>();
{
	peopleList.add(new People("a",17));
	peopleList.add(new People("b",16));
	peopleList.add(new People("c",19));
	peopleList.add(new People("d",15));
}

@Test
public void testLambda(){
    System.out.println("排序前："+peopleList);

    //第一种，传统匿名Compartor接口排序
    Collections.sort(peopleList, new Comparator<People>() {
        @Override
        public int compare(People o1, People o2) {
            return o1.getAge().compareTo(o2.getAge());
        }
    });
    System.out.println("匿名接口方法——排序后："+peopleList);

    //第二种，使用Lambda表达式来代替匿名接口方法
    //1.声明式,不使用大括号，只可以写单条语句
    Collections.sort(peopleList,(People a,People b)->a.getAge().compareTo(b.getAge()));
    System.out.println("Lambda表达式1、排序："+peopleList);;
    //2.不声明式，使用大括号，可以写多条语句
    Collections.sort(peopleList,(a,b)->{
        System.out.print("——————————————");
        return a.getAge().compareTo(b.getAge());
    });
    System.out.println();
    System.out.println("Lambda表达式2、排序："+peopleList);

    //第三种，使用Lambda表达式调用类的静态方法
    Collections.sort(peopleList,(a,b)->People.sortByName(a,b));
    System.out.println("Lambda表达式调用静态方法："+peopleList);

    //第四种，使用Lambda表达式调用类的实例方法
    Collections.sort(peopleList,(a,b)->new People().sortByAge(a,b));
    System.out.println("Lambda表达式调用实例方法:"+peopleList);
}

对应的运行结果：

（注意：在Lambda表达式中只能对final的对象进行操作，声明的对象也为final）

有的朋友应该已经观察到了，Lambda 表达式与C中的函数指针，JavaScript的匿名function均有些相似。其实，Lambda表达式本质上是一个匿名的方法，只不过它的目标类型必须是“函数接口（functional interface）”，这是Java8引入的新概念，在接下来会进行更加详细的介绍。

方法引用

在一些Lambda中可能只是单纯的调用方法，比如前例中的三、四，在这种情况下，就可以使用方法引用的方式来提高可读性。

方法引用的种类

  • 类静态方法引用
    Class::staticMethodName
  • 某个对象的方法引用
    instance::instanceMethodName
  • 特定类的任意对象的方法引用：
    Class::method
  • 构造方法引用：
    Class::new

方法引用的例子

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@Test
public void testMethodReference() {
//第一种，引用类的静态方法
Collections.sort(peopleList, People::sortByName);
System.out.println("引用类的静态方法：" + peopleList);

//第二种，引用类的实例方法
Collections.sort(peopleList, new People()::sortByAge);
System.out.println("引用类的实例方法：" + peopleList);

//第三种，特定类的方法调用()
Integer[] a = new Integer[]{3, 1, 2, 4, 6, 5};
Arrays.sort(a, Integer::compare);
System.out.println("特定类的方法引用：" + Arrays.toString(a));

//第四种，引用类的构造器
Car car = Car.create(Car::new);
System.out.println("引用类的构造器:" + car);
}
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public static Car create(Supplier<Car> supplier){
	return supplier.get();
}

默认方法

在Java8之前的时代，为已存在接口增加一个通用的实现是十分困难的，接口一旦发布之后就等于定型，如果这时在接口内增加一个方法，那么就会破坏所有实现接口的对象。
默认方法（之前被称为 虚拟扩展方法 或 守护方法）的目标即是解决这个问题，使得接口在发布之后仍能被逐步演化。

默认方法（defalut）

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public interface vehicle {
   default void print(){
      System.out.println("我是一辆车!");
   }
}

静态方法（static）

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public interface vehicle {
   static void blowHorn() {
      System.out.println("按喇叭!!!");
   }
}

注：静态方法与默认方法均可以有多个，默认方法可以被覆盖。

函数接口

“函数接口（functional interface）”，就是除去默认方法以及继承的抽象方法，只有显式声明一个抽象方法的接口。它使用@FunctionalInterface注解在类上进行标注，也可以省略，Java会自动识别。接下来介绍一些常见的函数接口：

java.util.function.Predicate

该接口包含方法boolean test(T t)，该接口一般用于条件的检测，内部包含三个默认方法：and、or、negate、，即与或非，用于各式的条件判断。例：

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Predicate<Integer> predicate = x -> x > 3;

predicate.test(10);//true
predicate.negate().test(10);//false
predicate.or(x -> x < 1).and(x -> x > -1).negate().test(-1);//true

注意：在这里与或非的判断顺序是从左到右的,调用的顺序会影响结果。

java.util.Comparator

Comparator是Java中的经典接口，在排序中较为常用。Java8在此之上添加了一些新的默认方法，来丰富该接口的功能。例：

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Integer[] a = new Integer[]{3, 1, 2, 4, 6, 5};
Comparator<Integer> comparator = Integer::compare;

Arrays.sort(a, comparator);
System.out.println("升序：" + Arrays.toString(a));

Arrays.sort(a,comparator.reversed());
System.out.println("降序："+Arrays.toString(a));

结果

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升序：[1, 2, 3, 4, 5, 6]
降序：[6, 5, 4, 3, 2, 1]

java.util.function.Supplier

该类只包含方法：
T get();
Supplier接口是在1.8中新出现的函数接口，用于支持函数式编程。它用于返回一个任意泛型的实例对象，与工厂的功能类似。

java.util.function.Consumer

该接口表示一个接受单个输入参数并且没有返回值的操作。不像其他函数式接口，Consumer接口期望执行修改内容的操作。例如 ，我们需要一个批量修改People的方法，利用Predicate和Consumer就可以这么写
在People内增加updateMany方法：

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public static List updateMany(List<People> peopleList, Predicate<People> predicate, Consumer<People> consumer) {
    for (int i = 0; i < peopleList.size(); i++) {
        if (predicate.test(peopleList.get(i))) {
            consumer.accept(peopleList.get(i));
        }
    }
    return peopleList;
}

调用：

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//批量修改，将age<18的对象的age改为18
People.updateMany(peopleList,
        p -> p.getAge() < 18,
        p -> p.setAge(18));
System.out.println("修改后的结果：" + peopleList);

通过这种方式，可以将内部的判断逻辑与修改代码放至外部调用，而将for、if等语句封装至内部，提高代码的可读性。

其他的还有一些函数接口，如Runnable，InvocationHandler等，在这里就不阐述了。有兴趣的大家可以自行查询资料。Stream、Function、Optional也是函数接口，将在下面进行详细介绍。

Function

说明

Java8提供的java.util.function包的核心函数接口有4个。

  • 函数型T ->R，完成参数类型T向结果类型R的转换和数据处理。核心函数接口Function
  • 判断型T ->boolean，核心函数接口Predicate
  • 消费型T ->void，核心函数接口Consumer
  • 供给型void->T，核心函数接口Supplier

Function接口是为Java8提供了函数式编程的基础，apply方法与Consumer的accept方法功能类似，但是提供了返回及类型转换的可能，功能更加强大；再通过andThen与compose方法可以使Function组成Function功能链，进行多级数据处理及转换。

主要方法

  • R apply(T t) – 将Function对象应用到输入的参数上，然后返回计算结果。

  • default Function<T,V> andThen(Function<? super R,? extends V> after) 返回一个先执行当前函数对象apply方法再执行after函数对象apply方法的函数对象。

  • default Function<T,V> compose(Function<? super V,? extends T> before)返回一个先执行before函数对象apply方法再执行当前函数对象apply方法的函数对象。

  • static Function<T,T> identity() 返回一个执行了apply()方法之后只会返回输入参数的函数对象。

方法详解

apply：
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R apply(T t);

接收类型：T
返回类型：R
类型转换：T→R

Function接口的核心方法，可以执行任意的操作，且具有返回值。接收一个T类型的对象，在经过处理后，返回一个R类型的对象。主要功能为类型转换及数据处理。

compose:
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default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
    Objects.requireNonNull(before);
    return (V v) -> apply(before.apply(v));
}

接收类型：Function<? super V, ? extends T>
返回类型：Function<V, R>
类型转换：(V+)→(T-)→T→R
apply执行顺序：before→this

此处“V+”指代“? super V”，表示包含V在内的V的任意父类；”T-“指代“? extends T”，表示包含T在内的T的任意子类。compose方法返回一个Function<V,R>，这个Function先执行before的apply方法，将V+类型的数据转换为T-类型，再将T-作为参数传递给this的apply方法，将T类型转换为R类型。
通过compose方法，可以在某个Function执行之前插入一个Function执行。由于返回类型依旧为Function，可以重复调用compose方法形成方法链。

andThen：
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default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
    Objects.requireNonNull(after);
    return (T t) -> after.apply(apply(t));
}

接收类型：Function<? super R, ? extends V>
返回类型：Function<T, V>
类型转换：T→R→(R+)→(V-)
apply执行顺序：this→after

此处“R+”指代“? super R”，表示包含R在内的R的任意父类；”V-“指代“? extends V”，表示包含V在内的V的任意子类。andThen方法返回一个Function<T,V>，这个Function先执行this的apply方法，将T类型的数据转换为R类型，再将R作为参数传递给after的apply方法，将R+类型转换为V-类型。
通过andThen方法，可以在某个Function执行之后插入一个Function执行。由于返回类型依旧为Function，可以重复调用andThen方法形成方法链。

identity：
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static <T> Function<T, T> identity() {
	return t -> t;
}

接收类型：无
返回类型：Function<T, T>
类型转换：T→T

该方法的说明是：返回一个函数，它总是返回输入参数。调用该方法可以得到一个返回输入参数的Funtion，这个Function就可以单纯的用来做数据处理，而不用类型转换。

Stream

Java8中提供了Stream API,即流式处理。可以通过将List、Set、Array等对象转换成流进行操作。Stream内的流操作分为两种：中间操作和最终操作，中间操作会返回一个全新的Stream对象，意味着你的操作不会影响最初的流；最终操作会将流进行转换或者操作，返回非Stream的对象。Stream可以替代传统的循环操作，从线程上区别，Stream分为串行（Stream）和并行（parallelStream），关于Stream的性能分析可以查看这篇文章《Stream性能分析》。下面来看下Strea内的一些方法：

中间操作

  • distinct

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    Stream<T> distinct();

    去除Stream中重复的对象，并返回一个流。（使用对象的equals方法）

  • skip

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    Stream<T> skip(long n);

    跳过Stream中的前n个对象，将其他对象返回一个Stream。如果n超过了Stream中对象的个数，则会返回一个空的Stream。

  • limit

    1
    Stream<T> limit(long maxSize);

    截取Stream的前maxSize个对象，并形成一个新Stream。

  • filter

    1
    Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);

    根据给定的predicate来过滤对象，返回满足条件的对象构成的Stream。

  • map

    1
    <R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);

    通过给定的mapper，将T类型的流转换为R类型的Stream。

  • flatMap

    1
    <R> Stream<R> flatMap(Function<? super T, ? extends Stream<? extends R>> mapper);

    flatMap也是将Stream进行转换，flatMap与map的区别在于 flatMap是将一个Stream中的每个值都转成一个个Stream，然后再将这些流扁平化成为一个Stream。
    例（转自：Java8 新特性之流式数据处理）：
    假设我们有一个字符串数组String[] strs = {“java8”, “is”, “easy”, “to”, “use”};，我们希望输出构成这一数组的所有非重复字符，那么我们可能首先会想到如下实现：

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    List<String[]> distinctStrs = Arrays.stream(strs)
                        .map(str -> str.split(""))  // 映射成为Stream<String[]>
                        .distinct()
                        .collect(Collectors.toList());

    在执行map操作以后，我们得到是一个包含多个字符串（构成一个字符串的字符数组）的流，此时执行distinct操作是基于在这些字符串数组之间的对比，所以达不到我们希望的目的，此时的输出为：

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    [j, a, v, a, 8]
    [i, s]
    [e, a, s, y]
    [t, o]
    [u, s, e]

    distinct只有对于一个包含多个字符的流进行操作才能达到我们的目的，即对Stream进行操作。此时flatMap就可以达到我们的目的：

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    List<String> distinctStrs = Arrays.stream(strs)
                                    .map(str -> str.split(""))  // 映射成为Stream<String[]>
                                    .flatMap(Arrays::stream)  // 扁平化为Stream<String>
                                    .distinct()
                                    .collect(Collectors.toList());

    flatMap将由map映射得到的Stream<String[]>，转换成由各个字符串数组映射成的流Stream，再将这些小的流扁平化成为一个由所有字符串构成的大流Steam，从而能够达到我们的目的。

  • sorted 

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    Stream<T> sorted();
    Stream<T> sorted(Comparator<? super T> comparator);

    sorted方法可以对Stream进行排序。排序的对象必须实现Comparable，如果没实现会抛出ClassCastException；不提供comparator时，则会调用compareTo方法。

  • peek

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    Stream<T> peek(Consumer<? super T> action);

    对流中的每个对象执行提供的action操作。
    在Stack中，peek用于查看一个对象。在流中也是一样，用于在流循环时，根据给定的action进行查看对象。虽然可以进行元素修改操作，但不建议。

  • 综合例：

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    Integer[] a = new Integer[]{3, 1, 2, 5, 11, 4, 6, 5, 3, 1};
    	List<Integer> aList = Arrays.stream(a)
        .distinct()
        .skip(1)
        .filter((e) -> e < 6)
        .peek(e -> System.out.println("循环1次"))
        .limit(4)
        .sorted()
        .collect(Collectors.toList());
    System.out.println(aList);

    输出：

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    循环1次
    循环1次
    循环1次
    循环1次
    [1, 2, 4, 5]

最终操作

  • 聚合

    • max & min

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      Optional<T> min(Comparator<? super T> comparator);
      Optional<T> max(Comparator<? super T> comparator);

      根据给定的comparator返回Stream中的max或min。

    • count 

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      long count();

      返回Stream中对象的个数。

  • 匹配

    • anyMatch & allMatch & noneMatch

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      boolean anyMatch(Predicate<? super T> predicate);
      boolean allMatch(Predicate<? super T> predicate);
      boolean noneMatch(Predicate<? super T> predicate);

      根据给定的predicate判断Stream是否匹配条件。

    • collect

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      <R, A> R collect(Collector<? super T, A, R> collector);

      根据给定的collector对Stream中的元素进行操作，返回复杂数据结构的对象。用于将Stream中的对象转换成我们想要的结构，如list、map、set等。
      前例中就使用collect(Collectors.toList())将Stream中的对象转换成List。

    • reduce 

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      Optional<T> reduce(BinaryOperator<T> accumulator);
      T reduce(T identity, BinaryOperator<T> accumulator);

      如果我们不知希望单纯的返回List这样的类型，而是希望将整个Stream经过一些操作后，规约成一个对象返回，就可以用到规约操作。reduce方法有两个参数，其中accumulator代表着规约的操作，即用何种的方式进行参数化处理；identity则是accumulator的标识值（具体用处暂不明）。
      例：求和

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      Integer[] a = new Integer[]{3, 1, 2, 5, 11, 4, 6, 5, 3, 1};
      int sum = Arrays.stream(a)
      		.distinct()
      		.filter((e) -> e < 6)
      		.reduce(0, (x, y) -> x + y);//或.reduce(0, Integer::sum);
      System.out.println(sum);//15

    • toArray

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      Object[] toArray();

      将Stream中的对象返回成一个Object数组。

    • forEach

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      void forEach(Consumer<? super T> action);

      顾名思义，对Stream中每个元素进行action操作，与peek类似，但forEach是一个最终操作，一般在结束时查看对象使用。

    • findFirst & findAny

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      Optional<T> findFirst();
      Optional<T> findAny();

      findFirst可以返回Stream中第一个对象，并将它封装在Optional中。
      findAny则不是返回第一个对象，而是任意一个对象。在顺序Stream中findFirst和findAny的结果是一致的，但在并行Stream中，findFirst存在着限制，故在并行Stream中需要使用findAny（findAny源码注释中写的是some element？）。同样将对象封装在Optional中。

Optional API

在java8之前的编程中，我们总是需要进行if(obj=null)来防止NullPointException，而在java8后，提供了Optional类，它一方面用于防止NullPotinException的判断，另一方面则为流式编程与函数式变成提供了更好的支持；Optional是一个包含对象的容器，它可以包含null值。在Optional类中封装了许多的方法，来让我们更好的处理我们的代码。接下来看看Optional中几个常用的方法：

  • empty & of & ofNullable

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    public static <T> Optional<T> empty(){...}
    public static <T> Optional<T> of(T value) {return new Optional<T>(value);}
    public static <T> Optional<T> ofNullable(T value){return value == null ? empty() : of(value);}

    首先，Optioanl的构造方法是私有的，只能通过以上三个静态方法来获取Optional的实例。empty方法会返回Optional中的常量EMPTY对象，一般在compare时使用，注意这里的EMPTY是单例的而且为常量；一般我们需要构造一个Optional,使用of或ofNullable方法，of方法会将我们的传值构造一个新的Optional返回，而ofNullable则在接收null时返回EMPTY实例。

  • isPresent

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    public boolean isPresent() {return value != null;}
    public void ifPresent(Consumer<? super T> consumer) {if (value != null)consumer.accept(value);}

    isPresent方法用于判断Optional包含的value是否为null，第一种方法返回一个boolean；第二种方法则根据判断，为null则什么都不执行，不为null则执行一个consumer操作。

  • map & flatMap

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    public<U> Optional<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper){...}
    public<U> Optional<U> flatMap(Function<? super T, Optional<U> mapper){...}

    map与flatMap与Stream中用法与功能大致相同，都是转换及合并转换，不再赘述。

  • get

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    public T get() {...}

    get方法用于获取value。需要注意的是，如果value为null，则会抛出NoSuchElementException。

  • filter

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    public Optional<T> filter(Predicate<? super T> predicate) {...}

    filter方法也是获取value，它可以传入一个predicate，用于判断value是否满足条件。如果value为null，则会返回this；如果predicate.test为true，则返回this，否则会返回EMPTY。

  • orElse & orElseGet & orElseGet

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    public T orElse(T other) {return value != null ? value : other;}
    public T orElseGet(Supplier<? extends T> other) {return value != null ? value : other.get();}
    public <X extends Throwable> T orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier) throws X{...}

    这三个方法都用于获取value，同时可以在value==null的情况下做出不同的操作。orElse可以传入一个other，当value==null时则返回null；orElseGet则是使用Supplier，为null时调用get方法；orElseThrow则是接收一个Supplier包含某种异常的exceptionSupplier，为null时则会调用get方法抛出一个异常。

Date Time API

Java8使用新的日期时间API覆盖旧的日期时间API的，处理了以下缺点。

  • 线程安全 - java.util.Date不是线程安全的，因此开发者必须在使用日期处理并发性问题。新的日期时间API是不可变的，并且没有setter方法。
  • 设计问题 - 默认的开始日期为1900年，月的开始月份为0而不是1，没有统一。不直接使用方法操作日期。新的API提供了这样操作实用方法。
  • 时区处理困难 - 开发人员必须编写大量的代码来处理时区的问题。新的API设计开发为这些特定领域提供了帮助。

JAVA8引入了java.time包，一个新的日期时间API。限于篇幅与精力问题，这里不对java.time进行过多的介绍，这里推荐几篇个人觉得不错的博文以供研究：
Java 类库的新特性之日期时间API (Date/Time API )
Java 8 之 java.time 包