Java语言程序设计课件 第4章 Java 8 及以上版本新特性

第4章

Java8及以上版本新特性

CONTENTS目录4.3Optional类4.2StreamAPI4.1Lambda表达式4.4Java21特性4.5反射本章内容随着Java8及以上版本的发布，Java语言经历了一次重要的转型，尤其在函数式编程和简化代码方面取得了显著的进步。本章内容重点介绍Java8及以上版本的新特性，包括Lambda表达式、StreamAPI、Optional类、Java21特性以及反射的应用。这些特性不仅提升了开发效率，也使得Java在处理并发、集合操作、空值处理等方面变得更加灵活和高效。学习目标了解：Lambda表达式的语法及其在Java中简化代码的作用；StreamAPI的概念以及它与传统集合操作的区别；Optional类的用途及如何避免空指针异常；Java21引入的新特性，特别是虚拟线程、结构化并发和sealed类等；反射的基本概念及其用途。理解：Lambda表达式如何实现函数式接口，简化传统匿名类的使用；StreamAPI中常用的操作符，如filter()、map()、reduce()、collect()等；如何使用Optional处理可能为null的值，避免空值带来的问题；Java21新特性如何简化并发编程，提升多线程任务的执行效率；如何使用反射API的常用方法，如获取类的元数据、动态加载类、创建对象、调用方法等。掌握：Lambda表达式在集合操作中的应用，如排序、过滤和映射等操作；StreamAPI的链式操作，如数据的过滤、变换和聚合；通过Optional类处理默认值和空值的情况；record类、sealed类和patternmatching等新特性的语法及应用场景；反射的性能影响和应用场景。运用：将Lambda表达式、StreamAPI、Optional类和Java21特性结合使用，在实际项目中提升代码的简洁性、可读性、执行效率以及程序的健壮性。4.1Lambda表达式Lambda表达式主要讲解基本的Lambda表示式、接收参数的Lambda表达式、带多个语句的Lambda表达式等内容，并且基于这些内容设计一个综合案例。4.1.1Lambda表达式的基础知识-1.Lambda表达式简介Lambda表达式是一种匿名函数，它可以通过更简洁的方式来表示一个方法或一个函数接口的实现。Lambda表达式使得代码更加简洁，尤其在集合处理、事件监听等场景中常常被使用。Lambda表达式的基本语法格式如下：(parameters)->expressionparameters：方法参数列表（可以省略参数类型）。->：Lambda运算符，表示“给定某些输入，产生某个输出”。expression：表达式体，可以是一个单一表达式或者是多个语句块。（1）基本的Lambda表达式4.1.1Lambda表达式的基础知识-1.Lambda表达式简介publicclassLambdaExample{publicstaticvoidmain(String[]args){//使用Lambda表达式实现Runnable接口Runnabler=()->System.out.println("Hello,Lambda!");r.run();//输出：Hello,Lambda!}}（2）接受参数的Lambda表达式式4.1.1Lambda表达式的基础知识-1.Lambda表达式简介importjava.util.function.BinaryOperator;publicclassLambdaExample1{publicstaticvoidmain(String[]args){//使用Lambda表达式实现一个加法操作BinaryOperator<Integer>add=(a,b)->a+b;System.out.println("Sum:"+add.apply(5,3));//输出：Sum:8}}（3）带有多个语句的Lambda表达式4.1.1Lambda表达式的基础知识-1.Lambda表达式简介importjava.util.function.Consumer;publicclassLambdaExample2{publicstaticvoidmain(String[]args){//使用Lambda表达式实现一个打印字符串和长度的方法Consumer<String>printDetails=str->{System.out.println("String:"+str);System.out.println("Length:"+str.length());};printDetails.accept("Hello,Lambda!");//输出：String:Hello,Lambda!//Length:13}}4.1.2Lambda表达式的综合案例01实验名称：JavaLambda表达式应用案例02实验目的•了解Lambda表达式的基本语法。•掌握Lambda表达式在集合、流操作、事件处理等方面的应用。•熟悉Java8中引入的函数式接口及其使用。•实践Lambda表达式的应用，解决实际问题。03实验内容•使用Lambda表达式对集合进行常见的操作（如遍历、过滤、排序、映射等）。•使用Lambda表达式结合StreamAPI对数据进行处理。•实现一个简单的事件监听器应用，使用Lambda表达式简化事件处理代码。•使用Lambda表达式实现自定义函数式接口。（1）Lambda表达式基础操作任务描述：通过Lambda表达式对一个整数列表进行遍历、过滤和排序操作。操作步骤：①

创建一个包含整数的List集合。②

使用Lambda表达式遍历集合，输出所有数字。③

使用Lambda表达式过滤出大于10的数字，并输出。④

使用Lambda表达式对集合进行排序，并输出排序后的结果。4.1.2Lambda表达式的综合案例-importjava.util.*;publicclassLambdaBasicExample{publicstaticvoidmain(String[]args){//创建一个整数集合List<Integer>numbers=Arrays.asList(5,12,8,21,3,15);//使用Lambda表达式遍历集合System.out.println("遍历集合：");numbers.forEach(n->System.out.print(n+""));实验步骤04（1）Lambda表达式基础操作任务描述：通过Lambda表达式对一个整数列表进行遍历、过滤和排序操作。操作步骤：①

创建一个包含整数的List集合。②

使用Lambda表达式遍历集合，输出所有数字。③

使用Lambda表达式过滤出大于10的数字，并输出。④

使用Lambda表达式对集合进行排序，并输出排序后的结果。4.1.2Lambda表达式的综合案例-实验步骤04//使用Lambda表达式过滤出大于10的数字System.out.println("\n\n大于10的数字：");numbers.stream().filter(n->n>10).forEach(n->System.out.print(n+""));//使用Lambda表达式对集合进行排序System.out.println("\n\n排序后的数字：");numbers.stream().sorted((a,b)->a-b).forEach(n->System.out.print(n+""));}}（2）使用StreamAPI结合Lambda表达式任务描述：使用StreamAPI与Lambda表达式进行复杂的数据处理（如分组、聚合、映射等）。操作步骤：①

创建一个包含学生信息（姓名和成绩）的List集合。②

使用Stream和Lambda表达式实现以下功能：•获取成绩大于80分的学生。•按照成绩降序排序学生。•计算所有学生的平均成绩。•将学生姓名转换为大写字母。4.1.2Lambda表达式的综合案例-实验步骤04importjava.util.*;classStudent{Stringname;intscore;Student(Stringname,intscore){=name;this.score=score;}}publicStringgetName(){returnname;}publicintgetScore(){returnscore;}@OverridepublicStringtoString(){returnname+":"+score;}}（2）使用StreamAPI结合Lambda表达式任务描述：使用StreamAPI与Lambda表达式进行复杂的数据处理（如分组、聚合、映射等）。操作步骤：①

创建一个包含学生信息（姓名和成绩）的List集合。②

使用Stream和Lambda表达式实现以下功能：•获取成绩大于80分的学生。•按照成绩降序排序学生。•计算所有学生的平均成绩。•将学生姓名转换为大写字母。4.1.2Lambda表达式的综合案例-实验步骤04publicclassLambdaStreamExample{publicstaticvoidmain(String[]args){//创建学生对象集合List<Student>students=Arrays.asList(newStudent("Alice",85),newStudent("Bob",70),newStudent("Charlie",95),newStudent("David",60),newStudent("Eve",75));

//获取成绩大于80的学生System.out.println("成绩大于80的学生：");students.stream().filter(s->s.getScore()>80).forEach(s->System.out.println(s));（2）使用StreamAPI结合Lambda表达式任务描述：使用StreamAPI与Lambda表达式进行复杂的数据处理（如分组、聚合、映射等）。操作步骤：①

创建一个包含学生信息（姓名和成绩）的List集合。②

使用Stream和Lambda表达式实现以下功能：•获取成绩大于80分的学生。•按照成绩降序排序学生。•计算所有学生的平均成绩。•将学生姓名转换为大写字母。4.1.2Lambda表达式的综合案例-实验步骤04//按成绩降序排序System.out.println("\n按成绩降序排序：");students.stream().sorted((s1,s2)->Ipare(s2.getScore(),s1.getScore())).forEach(s->System.out.println(s));（2）使用StreamAPI结合Lambda表达式任务描述：使用StreamAPI与Lambda表达式进行复杂的数据处理（如分组、聚合、映射等）。操作步骤：①

创建一个包含学生信息（姓名和成绩）的List集合。②

使用Stream和Lambda表达式实现以下功能：•获取成绩大于80分的学生。•按照成绩降序排序学生。•计算所有学生的平均成绩。•将学生姓名转换为大写字母。4.1.2Lambda表达式的综合案例-实验步骤04//计算所有学生的平均成绩doubleaverageScore=students.stream().mapToInt(Student::getScore).average().orElse(0);System.out.println("\n所有学生的平均成绩："+averageScore);（2）使用StreamAPI结合Lambda表达式任务描述：使用StreamAPI与Lambda表达式进行复杂的数据处理（如分组、聚合、映射等）。操作步骤：①

创建一个包含学生信息（姓名和成绩）的List集合。②

使用Stream和Lambda表达式实现以下功能：•获取成绩大于80分的学生。•按照成绩降序排序学生。•计算所有学生的平均成绩。•将学生姓名转换为大写字母。4.1.2Lambda表达式的综合案例-实验步骤04//将学生姓名转换为大写字母System.out.println("\n学生姓名大写：");students.stream().map(s->s.getName().toUpperCase()).forEach(System.out::println);}}（3）Lambda表达式用于事件处理任务描述：使用Lambda表达式简化事件监听器的编写。操作步骤：①

创建一个按钮类，模拟按钮点击事件。②

使用Lambda表达式实现按钮点击事件的处理。4.1.2Lambda表达式的综合案例-实验步骤04interfaceButtonClickListener{voidonClick();}（3）Lambda表达式用于事件处理任务描述：使用Lambda表达式简化事件监听器的编写。操作步骤：①

创建一个按钮类，模拟按钮点击事件。②

使用Lambda表达式实现按钮点击事件的处理。4.1.2Lambda表达式的综合案例-实验步骤04classButton{privateButtonClickListenerlistener;publicvoidsetOnClickListener(ButtonClickListenerlistener){this.listener=listener;}publicvoidclick(){if(listener!=null){listener.onClick();}}}（3）Lambda表达式用于事件处理任务描述：使用Lambda表达式简化事件监听器的编写。操作步骤：①

创建一个按钮类，模拟按钮点击事件。②

使用Lambda表达式实现按钮点击事件的处理。4.1.2Lambda表达式的综合案例-实验步骤04publicclassLambdaEventExample{publicstaticvoidmain(String[]args){Buttonbutton=newButton();//使用Lambda表达式简化事件处理button.setOnClickListener(()->System.out.println("按钮被点击！"));//模拟按钮点击button.click();}}（（4）自定义函数式接口与Lambda表达式任务描述：创建一个自定义的函数式接口，并使用Lambda表达式来实现该接口。操作步骤：①

创建一个函数式接口，定义一个方法（如计算两个数的和）。②

使用Lambda表达式实现该接口，并执行操作。4.1.2Lambda表达式的综合案例-实验步骤04interfaceAddOperation{intadd(inta,intb);}（（4）自定义函数式接口与Lambda表达式任务描述：创建一个自定义的函数式接口，并使用Lambda表达式来实现该接口。操作步骤：①

创建一个函数式接口，定义一个方法（如计算两个数的和）。②

使用Lambda表达式实现该接口，并执行操作。4.1.2Lambda表达式的综合案例-实验步骤04publicclassLambdaFunctionInterfaceExample{publicstaticvoidmain(String[]args){//使用Lambda表达式实现AddOperation接口AddOperationadd=(a,b)->a+b;//执行加法操作intresult=add.add(5,10);System.out.println("5+10="+result);//输出5+10=15}}4.1.2Lambda表达式的综合案例-案例小结05通过本实验，学生将掌握Lambda表达式的基本语法和应用，能够使用Lambda表达式简化集合操作、事件监听和自定义函数式接口的实现。Lambda表达式不仅能提高代码的简洁性，还能提升代码的可读性和可维护性，尤其在处理大量数据和事件驱动的编程中具有广泛的应用。4.2StreamAPIStream创建通过集合、数组或I/O操作创建Stream，为后续操作提供数据源。中间操作使用filter、map、distinct等方法对Stream进行转换和过滤，实现数据处理。终端操作通过collect、forEach、reduce等方法对Stream进行汇总，完成数据分析。综合案例设计结合Stream的创建、中间操作和终端操作，设计一个具体的应用场景，如数据统计或文本分析。4.2.1StreamAPI的基础知识StreamAPI是Java8中引入的用于处理集合（collection）的功能，提供了一种声明性的方法来对数据进行过滤、映射、排序等操作。StreamAPI提供了流式操作，通过Lambda表达式进行操作，使得代码更加简洁和直观。StreamAPI的常见操作:•创建Stream：可以通过集合、数组等创建Stream。•中间操作：如filter()、map()、sorted()，这些操作不会立即执行，它们会返回一个新的Stream对象。•终端操作：如collect()、forEach()、reduce()，这些操作会触发Stream的计算。1．Stream基本操作式4.2.1StreamAPI的基础知识importjava.util.Arrays;importjava.util.List;publicclassStreamExample{publicstaticvoidmain(String[]args){List<Integer>numbers=Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);//使用StreamAPI进行过滤、映射和求和操作intsum=numbers.stream().filter(n->n%2==0)//过滤出偶数.mapToInt(Integer::intValue)//转换为基本数据类型.sum();//求和System.out.println("Sumofevennumbers:"+sum);//输出：Sumofeven//numbers:30}}2．Stream排序与去重4.2.1StreamAPI的基础知识importjava.util.Arrays;importjava.util.List;publicclassStreamExample1{publicstaticvoidmain(String[]args){List<String>words=Arrays.asList("apple","banana","pear","apple","orange");//去重并排序words.stream().distinct()//去重.sorted()//排序.forEach(System.out::println);//输出：apple,banana,orange,pear}}3．Stream的map和reduce操作4.2.1StreamAPI的基础知识importjava.util.Arrays;importjava.util.List;publicclassStreamExample2{publicstaticvoidmain(String[]args){List<String>words=Arrays.asList("hello","world","java","stream");//将每个单词转为大写并拼接Stringresult=words.stream().map(String::toUpperCase)//转大写.reduce((s1,s2)->s1+""+s2)//拼接成一个字符串.orElse("Nowords");System.out.println(result);//输出：HELLOWORLDJAVASTREAM}}4．Stream收集操作（collect）4.2.1StreamAPI的基础知识importjava.util.Arrays;importjava.util.List;importjava.util.stream.Collectors;publicclassStreamExample3{publicstaticvoidmain(String[]args){List<String>words=Arrays.asList("apple","banana","pear","orange");//将所有单词转为大写并收集到列表List<String>upperCaseWords=words.stream().map(String::toUpperCase).collect(Collectors.toList());//收集为列表System.out.println(upperCaseWords);//输出：[APPLE,BANANA,PEAR,//ORANGE]}}4.2.2StreamAPI的综合案例01实验名称：JavaStreamAPI综合应用案例02实验目的•理解Java8中的StreamAPI及其常见操作（如过滤、映射、排序、聚合等）。•掌握StreamAPI的链式调用和延迟计算特性。•实践如何通过StreamAPI对集合数据进行复杂处理。•学会如何结合StreamAPI进行数据转换、过滤、分组、排序和收集。03实验内容•使用StreamAPI对数据进行过滤、排序、映射等操作。•通过StreamAPI进行数据分组、聚合等操作。•实现数据的并行处理，了解StreamAPI的并行流。•结合StreamAPI和自定义对象进行复杂数据操作。（1）StreamAPI基础操作：过滤、映射、排序任务描述：创建一个包含学生对象的List集合，通过StreamAPI进行数据的过滤、排序、映射和转换。操作步骤：创建一个Student类，其中包含姓名和成绩属性。使用StreamAPI进行以下操作：过滤出成绩大于80分的学生。对学生按照成绩进行降序排序。将学生姓名转换为大写。获取所有学生的姓名列表。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04importjava.util.*;importjava.util.stream.*;classStudent1{Stringname;intscore;Student1(Stringname,intscore){=name;this.score=score;}

publicStringgetName(){returnname;}publicintgetScore(){returnscore;}@OverridepublicStringtoString(){returnname+":"+score;}}（1）StreamAPI基础操作：过滤、映射、排序任务描述：创建一个包含学生对象的List集合，通过StreamAPI进行数据的过滤、排序、映射和转换。操作步骤：创建一个Student类，其中包含姓名和成绩属性。使用StreamAPI进行以下操作：过滤出成绩大于80分的学生。对学生按照成绩进行降序排序。将学生姓名转换为大写。获取所有学生的姓名列表。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04publicclassStreamBasicExample{publicstaticvoidmain(String[]args){List<Student1>students=Arrays.asList(newStudent1("Alice",85),newStudent1("Bob",72),newStudent1("Charlie",95),newStudent1("David",60),newStudent1("Eve",75));（1）StreamAPI基础操作：过滤、映射、排序任务描述：创建一个包含学生对象的List集合，通过StreamAPI进行数据的过滤、排序、映射和转换。操作步骤：创建一个Student类，其中包含姓名和成绩属性。使用StreamAPI进行以下操作：过滤出成绩大于80分的学生。对学生按照成绩进行降序排序。将学生姓名转换为大写。获取所有学生的姓名列表。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04//过滤出成绩大于80的学生System.out.println("成绩大于80的学生：");students.stream().filter(s->s.getScore()>80).forEach(System.out::println);（1）StreamAPI基础操作：过滤、映射、排序任务描述：创建一个包含学生对象的List集合，通过StreamAPI进行数据的过滤、排序、映射和转换。操作步骤：创建一个Student类，其中包含姓名和成绩属性。使用StreamAPI进行以下操作：过滤出成绩大于80分的学生。对学生按照成绩进行降序排序。将学生姓名转换为大写。获取所有学生的姓名列表。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04//对学生按照成绩进行降序排序System.out.println("\n按成绩降序排序：");students.stream().sorted((s1,s2)->Ipare(s2.getScore(),s1.getScore())).forEach(System.out::println);（1）StreamAPI基础操作：过滤、映射、排序任务描述：创建一个包含学生对象的List集合，通过StreamAPI进行数据的过滤、排序、映射和转换。操作步骤：创建一个Student类，其中包含姓名和成绩属性。使用StreamAPI进行以下操作：过滤出成绩大于80分的学生。对学生按照成绩进行降序排序。将学生姓名转换为大写。获取所有学生的姓名列表。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04//将学生姓名转换为大写System.out.println("\n学生姓名大写：");students.stream().map(s->s.getName().toUpperCase()).forEach(System.out::println);（1）StreamAPI基础操作：过滤、映射、排序任务描述：创建一个包含学生对象的List集合，通过StreamAPI进行数据的过滤、排序、映射和转换。操作步骤：创建一个Student类，其中包含姓名和成绩属性。使用StreamAPI进行以下操作：过滤出成绩大于80分的学生。对学生按照成绩进行降序排序。将学生姓名转换为大写。获取所有学生的姓名列表。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04//获取所有学生的姓名列表System.out.println("\n所有学生的姓名：");List<String>names=students.stream().map(Student1::getName).collect(Collectors.toList());names.forEach(System.out::println);（2）StreamAPI聚合操作：最值、求和、平均值任务描述：通过StreamAPI对学生成绩进行聚合计算，求出学生成绩的总数、平均值和最值。操作步骤：使用StreamAPI计算学生成绩的总和、平均分、最大成绩和最小成绩。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04importjava.util.*;importjava.util.stream.*;publicclassStreamAggregationExample{publicstaticvoidmain(String[]args){List<Student1>students=Arrays.asList(newStudent1("Alice",85),newStudent1("Bob",72),newStudent1("Charlie",95),newStudent1("David",60),newStudent1("Eve",75));（2）StreamAPI聚合操作：最值、求和、平均值任务描述：通过StreamAPI对学生成绩进行聚合计算，求出学生成绩的总数、平均值和最值。操作步骤：使用StreamAPI计算学生成绩的总和、平均分、最大成绩和最小成绩。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04//计算学生成绩的总和inttotalScore=students.stream().mapToInt(Student1::getScore).sum();System.out.println("总成绩:"+totalScore);//计算学生成绩的平均值doubleaverageScore=students.stream().mapToInt(Student1::getScore).average().orElse(0);System.out.println("平均成绩:"+averageScore);（2）StreamAPI聚合操作：最值、求和、平均值任务描述：通过StreamAPI对学生成绩进行聚合计算，求出学生成绩的总数、平均值和最值。操作步骤：使用StreamAPI计算学生成绩的总和、平均分、最大成绩和最小成绩。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04//获取成绩最高的学生Student1topStudent=students.stream().max(CparingInt(Student1::getScore)).orElseThrow(NoSuchElementException::new);System.out.println("成绩最高的学生:"+topStudent);//获取成绩最低的学生Student1bottomStudent=students.stream().min(CparingInt(Student1::getScore)).orElseThrow(NoSuchElementException::new);System.out.println("成绩最低的学生:"+bottomStudent);}}（3）StreamAPI分组与分区任务描述：通过StreamAPI对学生数据进行分组，按照成绩进行分组，并将成绩划分为及格和不及格两组。操作步骤：①

使用Collectors.groupingBy对学生进行分组。②

使用Collectors.partitioningBy对学生进行分区。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04importjava.util.*;importjava.util.stream.*;publicclassStreamGroupingExample{publicstaticvoidmain(String[]args){List<Student1>students=Arrays.asList(newStudent1("Alice",85),newStudent1("Bob",72),newStudent1("Charlie",95),newStudent1("David",60),newStudent1("Eve",75));（3）StreamAPI分组与分区任务描述：通过StreamAPI对学生数据进行分组，按照成绩进行分组，并将成绩划分为及格和不及格两组。操作步骤：①

使用Collectors.groupingBy对学生进行分组。②

使用Collectors.partitioningBy对学生进行分区。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04//按成绩进行分组Map<Integer,List<Student1>>groupedByScore=students.stream().collect(Collectors.groupingBy(Student1::getScore));System.out.println("按成绩分组：");groupedByScore.forEach((score,studentList)->{System.out.println("成绩:"+score);studentList.forEach(System.out::println);});（3）StreamAPI分组与分区任务描述：通过StreamAPI对学生数据进行分组，按照成绩进行分组，并将成绩划分为及格和不及格两组。操作步骤：①

使用Collectors.groupingBy对学生进行分组。②

使用Collectors.partitioningBy对学生进行分区。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04//按成绩是否及格进行分区Map<Boolean,List<Student1>>partitionedByPass=students.stream().collect(Collectors.partitioningBy(s->s.getScore()>=60));System.out.println("\n及格和不及格学生分区：");partitionedByPass.forEach((isPassed,studentList)->{StringpassStatus=isPassed?"及格":"不及格";System.out.println(passStatus+"学生：");studentList.forEach(System.out::println);});}}（4）并行流操作任务描述：使用并行流对大数据进行处理，观察并行流的执行效果和性能提升。操作步骤：①

使用parallelStream来处理数据，计算所有学生的成绩总和。②

观察并行流与顺序流的执行时间差异。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04importjava.util.*;importjava.util.stream.*;publicclassStreamParallelExample{publicstaticvoidmain(String[]args){List<Student1>students=Arrays.asList(newStudent1("Alice",85),newStudent1("Bob",72),newStudent1("Charlie",95),newStudent1("David",60),newStudent1("Eve",75));（4）并行流操作任务描述：使用并行流对大数据进行处理，观察并行流的执行效果和性能提升。操作步骤：①

使用parallelStream来处理数据，计算所有学生的成绩总和。②

观察并行流与顺序流的执行时间差异。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04//顺序流计算总成绩longstartTime=System.currentTimeMillis();inttotalScoreSequential=students.stream().mapToInt(Student1::getScore).sum();longendTime=System.currentTimeMillis();System.out.println("顺序流计算总成绩:"+totalScoreSequential);System.out.println("顺序流执行时间:"+(endTime-startTime)+"ms");（4）并行流操作任务描述：使用并行流对大数据进行处理，观察并行流的执行效果和性能提升。操作步骤：①

使用parallelStream来处理数据，计算所有学生的成绩总和。②

观察并行流与顺序流的执行时间差异。4.2.2StreamAPI的综合案例-实验步骤04//并行流计算总成绩startTime=System.currentTimeMillis();inttotalScoreParallel=students.parallelStream().mapToInt(Student1::getScore).sum();endTime=System.currentTimeMillis();System.out.println("并行流计算总成绩:"+totalScoreParallel);System.out.println("并行流执行时间:"+(endTime-startTime)+"ms");}}4.2.2StreamAPI的综合案例--案例小结05通过本实验，学生将能够熟练掌握Java中的StreamAPI，能够灵活地使用Stream进行数据的过滤、排序、分组、聚合、映射等常见操作。通过并行流的使用，能够在多核CPU上提升数据处理的效率。StreamAPI的流式处理和链式调用方式使得代码更加简洁、高效，尤其在处理大量数据时，能够提高程序的可读性和性能。4.3Optional类Optional类方法讲解isPresent方法，判断Optional对象是否包含值，返回true或false，设计案例演示其使用场景。链接调用介绍Optional类中的flatMap方法，实现Optional对象间的链接调用，避免重复的Optional包装，案例展示其高效性。4.3.1Optional类的基础知识Optional类是Java8引入的一个容器类，用于表示可能为空的值。它是java.util包中的一个类，用于避免直接处理null值，从而减少空指针异常（NullPointerException）的风险。Optional类提供了一些有用的方法，使得在处理null值时更加安全和简洁。Optional类的常见方法：①Optional.of(value)：创建一个非空的Optional对象，值不能为空。②Optional.ofNullable(value)：创建一个可以为空的Optional对象。③Optional.empty()：创建一个空的Optional对象。④isPresent()：判断Optional是否包含非null的值。⑤ifPresent(Consumer<?superT>action)：如果Optional中包含值，则执行给定的动作。⑥orElse(Tother)：如果Optional中的值为空，返回指定的默认值。⑦orElseGet(Supplier<?extendsT>other)：如果Optional中的值为空，使用指定的默认值。⑧orElseThrow(Supplier<?extendsX>exceptionSupplier)：如果Optional中的值为空，抛出指定的异常。4.3.1Optional类的基础知识importjava.util.Optional;publicclassOptionalExample{publicstaticvoidmain(String[]args){//创建一个Optional对象Optional<String>optional=Optional.of("Hello,World!");//判断Optional是否存在值if(optional.isPresent()){System.out.println("Valueispresent:"+optional.get());//输出://Valueispresent:Hello,World!}

4.3.1Optional类的基础知识//使用ifPresent()来执行动作optional.ifPresent(value->System.out.println("Valueis:"+value));//输出:Valueis:Hello,World!//使用orElse()提供默认值StringdefaultValue=(String)Optional.ofNullable(null).orElse("DefaultValue");System.out.println(defaultValue);//输出:DefaultValue//使用orElseGet()提供默认值Stringresult=(String)Optional.ofNullable(null).orElseGet(()->"GeneratedDefault");System.out.println(result);//输出:GeneratedDefault}}4.3.2Optional类的综合案例01实验名称：JavaOptional类综合应用案例。02实验目的•理解Java8中的Optional类及其作用，避免空指针异常（NullPointerException）。•掌握Optional的常见方法，如of()、empty()、isPresent()、ifPresent()、map()、flatMap()、orElse()、orElseGet()等。•熟悉Optional的链式调用和懒加载特性。•掌握如何使用Optional进行安全的数据处理，避免手动的空值检查。03实验内容•使用Optional包装可能为空的对象，避免显式的null检查。•使用Optional链式调用和映射操作进行数据处理。•使用Optional的条件判断方法（如isPresent()、ifPresent()）进行流式处理。•使用Optional的orElse()和orElseGet()方法提供默认值。（1）使用Optional避免空指针异常任务描述：使用Optional包装一个可能为null的对象，避免手动空值检查。操作步骤：创建一个User类，包含name和address属性，模拟获取用户地址信息时，可能存在为null的情况。使用Optional来包装可能为空的address对象。4.3.2Optional类的综合案例-实验步骤04importjava.util.Optional;classUser{Stringname;Stringaddress;User(Stringname,Stringaddress){=name;this.address=address;}publicStringgetAddress(){returnaddress;}}（1）使用Optional避免空指针异常任务描述：使用Optional包装一个可能为null的对象，避免手动空值检查。操作步骤：创建一个User类，包含name和address属性，模拟获取用户地址信息时，可能存在为null的情况。使用Optional来包装可能为空的address对象。4.3.2Optional类的综合案例-实验步骤04publicclassOptionalBasicExample{publicstaticvoidmain(String[]args){Useruser=newUser("Alice",null);//地址为空//使用Optional包装可能为空的addressOptional<String>addressOptional=Optional.ofNullable(user.getAddress());（1）使用Optional避免空指针异常任务描述：使用Optional包装一个可能为null的对象，避免手动空值检查。操作步骤：创建一个User类，包含name和address属性，模拟获取用户地址信息时，可能存在为null的情况。使用Optional来包装可能为空的address对象。4.3.2Optional类的综合案例-实验步骤04//使用isPresent()检查值是否存在if(addressOptional.isPresent()){System.out.println("Address:"+addressOptional.get());}else{System.out.println("Noaddressavailable");}//使用ifPresent()执行操作addressOptional.ifPresent(address->System.out.println("Address:"+address));}}（2）使用Optional的map()和flatMap()任务描述：通过Optional链式调用对用户的地址进行处理。链式调用可以避免空值检查，使代码更简洁。操作步骤：使用map()对地址字符串进行转换（如地址大写），如果address为空，则跳过该操作。使用flatMap()处理嵌套的Optional对象，避免产生多个嵌套的Optional。4.3.2Optional类的综合案例-实验步骤04importjava.util.Optional;classUser{Stringname;Stringaddress;User(Stringname,Stringaddress){=name;this.address=address;}publicOptional<String>getAddress(){returnOptional.ofNullable(address);}}（2）使用Optional的map()和flatMap()任务描述：通过Optional链式调用对用户的地址进行处理。链式调用可以避免空值检查，使代码更简洁。操作步骤：使用map()对地址字符串进行转换（如地址大写），如果address为空，则跳过该操作。使用flatMap()处理嵌套的Optional对象，避免产生多个嵌套的Optional。4.3.2Optional类的综合案例-实验步骤04publicclassOptionalMapFlatMapExample{publicstaticvoidmain(String[]args){Useruser=newUser("Alice","NewYork");//使用map()对address进行处理Optional<String>addressOptional=user.getAddress().map(address->address.toUpperCase());//将地址转换为大写addressOptional.ifPresent(address->System.out.println("ProcessedAddress:"+address));（2）使用Optional的map()和flatMap()任务描述：通过Optional链式调用对用户的地址进行处理。链式调用可以避免空值检查，使代码更简洁。操作步骤：使用map()对地址字符串进行转换（如地址大写），如果address为空，则跳过该操作。使用flatMap()处理嵌套的Optional对象，避免产生多个嵌套的Optional。4.3.2Optional类的综合案例-实验步骤04//使用flatMap()处理嵌套的OptionalOptional<Optional<String>>nestedOptional=Optional.of(user.getAddress());nestedOptional.flatMap(o->o)//将嵌套的Optional展平.ifPresent(address->System.out.println("FlatMappedAddress:"+address));}}（3）使用Optional的orElse()和orElseGet()方法提供默认值任务描述：在Optional为空时，使用orElse()和orElseGet()方法提供默认值或默认值生成逻辑。操作步骤：使用orElse()方法直接提供默认值。使用orElseGet()方法通过懒加载的方式提供默认值。4.3.2Optional类的综合案例-实验步骤04importjava.util.Optional;publicclassOptionalDefaultValueExample{publicstaticvoidmain(String[]args){Optional<String>addressOptional=Optional.ofNullable(null);//空值//使用orElse()提供默认值Stringaddress=addressOptional.orElse("UnknownAddress");System.out.println("Address(orElse):"+address);//使用orElseGet()提供默认值（通过懒加载）StringaddressLazy=addressOptional.orElseGet(()->"LazyDefaultAddress");System.out.println("Address(orElseGet):"+addressLazy);}}（4）使用Optional的filter()方法进行条件检查任务描述：使用Optional的filter()方法对值进行条件判断，只有满足特定条件时才返回Optional，否则返回空的Optional。操作步骤：使用filter()方法筛选地址中包含特定关键字的值。4.3.2Optional类的综合案例-实验步骤04importjava.util.Optional;publicclassOptionalFilterExample{publicstaticvoidmain(String[]args){Optional<String>addressOptional=Optional.ofNullable("NewYorkCity");//使用filter()检查地址是否包含"City"Optional<String>filteredAddress=addressOptional.filter(address->address.contains("City"));filteredAddress.ifPresent(address->System.out.println("FilteredAddress:"+address));}}（5）Optional结合自定义方法：处理可能为空的复杂数据任务描述：创建一个系统，模拟从数据库或外部服务获取数据时，可能返回null的情况，通过Optional简化代码。操作步骤：模拟从数据库获取用户信息的方法，并返回Optional类型。使用Optional链式调用处理可能为null的值。4.3.2Optional类的综合案例-实验步骤04importjava.util.Optional;classUser{Stringname;Stringaddress;User(Stringname,Stringaddress){=name;this.address=address;}

publicStringgetName(){returnname;}publicOptional<String>getAddress(){returnOptional.ofNullable(address);}}（5）Optional结合自定义方法：处理可能为空的复杂数据任务描述：创建一个系统，模拟从数据库或外部服务获取数据时，可能返回null的情况，通过Optional简化代码。操作步骤：模拟从数据库获取用户信息的方法，并返回Optional类型。使用Optional链式调用处理可能为null的值。4.3.2Optional类的综合案例-实验步骤04classUserService{//模拟从数据库或外部服务获取用户数据publicOptional<User>findUserById(intuserId){if(userId==1){returnOptional.of(newUser("Alice","NewYork"));}else{returnOptional.empty();//用户未找到}}}（5）Optional结合自定义方法：处理可能为空的复杂数据任务描述：创建一个系统，模拟从数据库或外部服务获取数据时，可能返回null的情况，通过Optional简化代码。操作步骤：模拟从数据库获取用户信息的方法，并返回Optional类型。使用Optional链式调用处理可能为null的值。4.3.2Optional类的综合案例-实验步骤04publicclassOptionalCustomExample{publicstaticvoidmain(String[]args){UserServiceuserService=newUserService();//使用Optional避免nullOptional<User>userOptional=userService.findUserById(1);//获取用户的地址信息，如果存在则输出，如果为空则输出默认消息Stringaddress=userOptional.flatMap(User::getAddress).orElse("Addressnotavailable");System.out.println("UserAddress:"+address);（5）Optional结合自定义方法：处理可能为空的复杂数据任务描述：创建一个系统，模拟从数据库或外部服务获取数据时，可能返回null的情况，通过Optional简化代码。操作步骤：模拟从数据库获取用户信息的方法，并返回Optional类型。使用Optional链式调用处理可能为null的值。4.3.2Optional类的综合案例-实验步骤04//查询不存在的用户，展示Optional的空值处理Optional<User>userOptional2=userService.findUserById(2);Stringaddress2=userOptional2.flatMap(User::getAddress).orElse("Addressnotavailable");System.out.println("UserAddress:"+address2);}}4.3.2Optional类的综合案例-案例小结05通过本实验，学生将掌握Optional类在Java中的应用，能够有效避免空指针异常，并提高代码的简洁性和可读性。通过Optional的各种方法（如map()、flatMap()、filter()、orElse()、orElseGet()等），学生能够更优雅地处理可能为null的值，尤其是在处理复杂数据时，避免手动的null检查，减少冗余代码。4.4Java21特性Java21特性主要讲解虚拟线程、结构化并发、模式匹配增强等内容，并且基于这些内容设计一个综合案例。1．虚拟线程虚拟线程（virtualthreads）是Java21引入的一个重大特性，它是对Java中的线程模型的重大改进。虚拟线程是轻量级的线程，可以在JVM上并行运行大量任务。它们相比于平台线程（即操作系统级线程）更加高效，并且能够显著提高I/O密集型应用的并发性能。目的：简化并发编程，特别是在高并发的I/O密集型应用中，虚拟线程大大减少了线程创建和上下文切换的开销。使用：通过java.util.concurrent包中的新API，开发者可以很容易地使用虚拟线程。4.4.1Java21特性的基础知识impo