【Java集合框架升级】：从JDK 9开始如何使用新特性返回空数组

# 1. Java集合框架概述与历史演进

Java集合框架自其在Java 1.2版本中被引入以来，一直是Java编程语言中不可或缺的一部分。它提供了一系列数据结构，如列表、集合、映射、队列以及这些数据结构的迭代器和比较器接口，使得处理和操作数据变得更加容易和高效。本章将简要回顾Java集合框架的历史演进，并对早期版本的特性和局限性进行分析，为理解JDK 9对集合框架带来的新特性和优化打下基础。

集合框架的演进历史主要可以划分为几个重要的里程碑。首先，在Java 1.2中引入的集合框架，它通过提供统一的接口和实现，使得开发者能够以一致的方式操作不同的数据结构。随后，通过Java 5的泛型引入，集合框架得到了巨大的改进，增强了类型安全性和代码的可重用性。到了Java 8，集合框架通过引入流API和lambda表达式，进一步与函数式编程范式集成，显著提高了集合操作的表达力和效率。

总结而言，Java集合框架的发展历程，从最初的简单集合工具到如今支持泛型和函数式编程，反映了Java语言在不断进化中逐步完善和扩展其功能，以满足日益复杂的编程需求。随着JDK 9的问世，集合框架继续在模块化、性能优化和用户体验上取得新的进展，这些将是我们后续章节探讨的重点。

# 2.1 Java集合框架的更新概览

### 2.1.1 模块化带来的改变

在JDK 9中，Java平台模块系统（JPMS）引入了对Java平台和应用的模块化支持。Java集合框架（JCF）也受益于这一变化，其模块化主要体现在几个方面：

- **包的组织**：集合框架中的类和接口被组织到`java.util`和`java.util.concurrent`模块中，这些模块仅暴露必要的公共API，隐藏了内部实现细节，增强了封装性。
- **服务提供者接口（SPI）**：模块系统支持服务加载机制，集合框架的SPI可以更加灵活地用于查找和加载特定的集合实现，而不必依赖于特定的实现类。
- **模块间的依赖减少**：通过模块化，JCF减少了与其他模块（如`java.desktop`）的依赖，使JCF模块化更加清晰，也便于未来进行更精细的优化和拆分。

模块化不仅改进了JCF的内部结构，也影响了开发者如何使用这些集合类。模块系统为集合框架提供了更好的隔离和封装，确保了类加载器的安全性和效率。

### 2.1.2 接口的演进与增强

JDK 9对集合框架接口进行了演进和增强，主要体现在以下几个方面：

- **接口默认方法**：JDK 8开始，接口可以包含默认方法实现，这一特性在JDK 9中得到了进一步的利用。例如`Collection`接口增加了默认的`removeIf`方法，允许集合在运行时动态地移除匹配特定条件的元素。
- **静态工厂方法**：为了使集合的创建更加方便、语义化，JDK 9引入了多个接口的静态工厂方法。这包括了`List`、`Set`和`Map`接口中用于创建空集合和不可变集合的新方法。

这些改变使得集合框架的接口更加灵活，提高了代码的重用性和易用性，同时为开发者提供了更加丰富的集合操作选项。

### 2.2 返回空集合的新方法

#### 2.2.1 static工厂方法的引入

JDK 9为集合接口引入了一系列的静态工厂方法，以简化空集合的创建和管理。这些方法包括：

- `emptyList`
- `emptySet`
- `emptyMap`

这些方法的引入，意味着开发者不需要再使用诸如`Collections.emptyList()`这样的方法，可以直接通过接口调用这些静态方法，简化代码的书写。

// JDK 9之前
List<String> emptyList = Collections.emptyList();

// JDK 9之后
List<String> emptyList = List.of();

#### 2.2.2 不同集合类型返回空集合的实践案例

在实际应用中，选择合适的方式返回空集合是很重要的。这里给出不同情况下的实践案例：

- **不可变集合**：当你的应用场景需要一个不可变的空集合时，可以使用`List.of()`、`Set.of()`或`Map.of()`方法创建一个空的不可变集合。这些集合保证了线程安全，并且不可修改。

  Map<String, Integer> emptyMap = Map.of();

- **返回类型不固定时**：如果返回类型不确定，那么使用`Collections.emptySet()`或者`Collections.emptyList()`是较为合适的选择。

- **避免修改**：虽然返回的集合是空的，但是仍需注意返回的集合是否会被外部修改。如果需要保证安全性，应返回不可变集合。

### 2.3 改善的集合性能与内部优化

#### 2.3.1 对比JDK 8的性能改进点

JDK 9对集合框架进行了多项性能上的优化，这使得JCF在处理大数据量时更加高效。比如，`HashMap`和`ConcurrentHashMap`在JDK 9中针对高并发操作进行了改进，减少了锁的粒度，优化了操作速度。

- **HashMap的改进**：JDK 9的`HashMap`在扩容时减少了复制元素的操作次数，这在大数据量的场景下有显著的性能提升。
- **ConcurrentHashMap的改进**：`ConcurrentHashMap`引入了一种新的节点结构，使得并发性能有了进一步的提升。

这些改进通过减少资源消耗、优化操作逻辑等方式，使得JCF在执行效率上得到了提升。

#### 2.3.2 优化背后的原理分析

JDK 9的性能优化背后的原理包括：

- **数据结构的改进**：改进的数据结构设计使得在特定操作下，集合的性能有显著提升，如减少了遍历链表的开销。
- **算法的优化**：通过算法层面的优化，如减少不必要的元素复制，使得集合的操作更加高效。
- **并发操作的优化**：并发集合类，如`ConcurrentHashMap`，通过减少锁的争用和改进锁粒度，提高了并发读写的能力。

这些优化提升了集合框架的整体性能，使其在面对大量数据操作时表现更加优异，满足了高性能计算场景的需求。

在此基础上，我们可以总结出JDK 9集合框架的新特性和性能优化，为开发人员提供了更好的工具和更佳的性能体验。在下一章节中，我们将具体探讨如何使用JDK 9的新特性来实践返回空数组的方法。

# 3. 使