Java21正式發(fā)布，史詩級(jí)增強(qiáng)！虛擬線程、分代 ZGC 正式來襲！！

導(dǎo)讀：Java21來了，全新的版本號(hào)，當(dāng)然還有很多性能和技術(shù)的增強(qiáng)改

9 月 19 日，Oracle 宣布 Java 21 正式發(fā)布。自從 Java 改為 6 個(gè)月發(fā)布一個(gè)版本以來，此為如期交付的第 12 個(gè)版本。

根據(jù)規(guī)劃，Java 21 是長期支持版本，Oracle 將至少提供 8 年支持。根據(jù)客戶反饋和 Java 生態(tài)系統(tǒng)使用情況，Oracle 還宣布將 Java 11 的支持至少延長至 2032 年 1 月，也就是至少再提供 8 年的支持與更新。

從 Java 11 到 Java 21 的正式發(fā)布，一共修復(fù)了 24,196 個(gè) JIRA 問題，其中 17,288 個(gè)是由 Oracle 的工作人員完成的，而 6,908 個(gè)是由個(gè)人開發(fā)人員和其他組織的開發(fā)人員貢獻(xiàn)的。

從下圖可以看到，中國的騰訊、阿里巴巴、華為和龍芯做出了不少貢獻(xiàn)。

盤點(diǎn) Java 21 的新特性

除了大量的性能、穩(wěn)定性和安全性方面的更新，Java 21 還包括 15 個(gè) JEP（JDK Enhancement Proposal），其中包括 6 個(gè)預(yù)覽特性和 1 個(gè)孵化特性。

這些 JEP 可以分為六大類。下面我們具體來看看一下 Java 21 引入的部分新特性。

（一）Project Amber

JEP 430：字符串模板（預(yù)覽特性）

該 JEP 的目標(biāo)是：

• 對于需要在運(yùn)行時(shí)求值的字符串，簡化其表達(dá)方式；
• 對于既包含文本（不管是單行文本還是多行文本）又包含表達(dá)式的復(fù)雜表達(dá)式，提高其可讀性；
• 有的 Java 程序需要根據(jù)用戶提供的值來構(gòu)建字符串并傳遞給其他系統(tǒng)，字符串模板支持對模板和其中嵌入的表達(dá)式的值進(jìn)行驗(yàn)證和轉(zhuǎn)換，從而提高這類程序的安全性；
• 允許 Java 庫定義字符串模板中使用的格式化語法，保持靈活性；
• 對于接受 Java 之外的語言（如 SQL、XML、JSON）編寫的字符串的 API，使之用起來更加方便；
• 支持從文字文本和被嵌入的表達(dá)式計(jì)算非字符串值，而無需通過中間字符串表示進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

String name = "Joan";
String info = STR."My name is \{name}";  // 模板表達(dá)式
assert info.equals("My name is Joan");   // 返回true

這里的 STR 是模板處理器，它是 Java 引入的一個(gè) public static final 的字段，會(huì)被自動(dòng)引入到每個(gè) Java 源代碼文件中。

因?yàn)檫@是個(gè)實(shí)驗(yàn)特性，所以編譯和運(yùn)行的時(shí)候要添加相關(guān)的參數(shù)。例如，假設(shè)代碼保存在 Test.java 文件中，則編譯運(yùn)行方式為：

javac --release 21 --enable-preview Test.java
java --enable-preview Test

該特性可以提高 Java 程序的可讀性和可維護(hù)性，編寫起來也更方便。

JEP 440：record 模式

該特性將模式匹配擴(kuò)展到可以解構(gòu) record 類的實(shí)例，從而實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的數(shù)據(jù)查詢。添加嵌套模式，使數(shù)據(jù)查詢可以更方便地組合起來。

在 Java 16 中，要提取一個(gè) record 實(shí)例的數(shù)據(jù)，需要這樣操作：

record Point(int x, int y) {}

static void printSum(Object obj) {
    if (obj instanceof Point p) {
        int x = p.x();
        int y = p.y();
        System.out.println(x+y);
    }
}

而在 Java 21 中，可以直接這樣實(shí)現(xiàn)：

static void printSum(Object obj) {
    if (obj instanceof Point(int x, int y)) {
        System.out.println(x+y);
    }
}

JEP 441：用于 switch 的模式匹配

該特性為 switch 表達(dá)式和語句引入了模式匹配。在 switch 中支持對表達(dá)式進(jìn)行多個(gè)模式的測試，每個(gè)模式都有特定的操作，從而可以簡潔而安全地表示復(fù)雜的面向數(shù)據(jù)的查詢。

我們可能希望使用模式來針對同一變量測試多種可能性，并在每種情況下執(zhí)行特定的操作。例如：

static String formatter(Object obj) {
    String formatted = "unknown";
    if (obj instanceof Integer i) {
        formatted = String.format("int %d", i);
    } else if (obj instanceof Long l) {
        formatted = String.format("long %d", l);
    } else if (obj instanceof Double d) {
        formatted = String.format("double %f", d);
    } else if (obj instanceof String s) {
        formatted = String.format("String %s", s);
    }
    return formatted;
}

而在 Java 21 中，可以這樣實(shí)現(xiàn)：

static String formatterPatternSwitch(Object obj) {
    return switch (obj) {
        case Integer i -> String.format("int %d", i);
        case Long l    -> String.format("long %d", l);
        case Double d  -> String.format("double %f", d);
        case String s  -> String.format("String %s", s);
        default        -> obj.toString();
    };
}

在 Java 21 之前，如果 switch 后面的表達(dá)式的值為 null，則會(huì)拋出 NullPointerException。

為安全起見，我們會(huì)在 switch 語句之外執(zhí)行檢測。

static void testFooBarOld(String s) {
    if (s == null) {
        System.out.println("Oops!");
        return;
    }
    switch (s) {
        case "Foo", "Bar" -> System.out.println("Great");
        default           -> System.out.println("Ok");
    }
}

現(xiàn)在Java21可以這樣處理：

static void testFooBarNew(String s) {
    switch (s) {
        case null         -> System.out.println("Oops");
        case "Foo", "Bar" -> System.out.println("Great");
        default           -> System.out.println("Ok");
    }
}

JEP 443：無名模式和無名變量（預(yù)覽特性）

無名模式可以在不指定 record 組件的名稱或類型的情況下匹配組件，無名變量可以用于初始化，但不能被使用。它們都用下劃線字符表示。

例如：

int acc = 0;
for (Order _ : orders) {
    if (acc < LIMIT) { 
        ... acc++ ...
    }
}

再看如下例子：

String s = ...
try { 
    int i = Integer.parseInt(s);
    ... i ...
} catch (NumberFormatException _) { 
    System.out.println("Bad number: " + s);
}

JEP 445：無名的類和實(shí)例 main 方法（預(yù)覽特性）

方便學(xué)生學(xué)習(xí)，無需理解很多為編寫大型程序而設(shè)計(jì)的語言特性即可上手。

之前，要寫個(gè)最簡單的程序也要寫這么多代碼：

public class HelloWorld { 
    public static void main(String[] args) { 
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

現(xiàn)在可以簡化為這樣，似乎在向Python，PHP等腳本語言看齊：

class HelloWorld { 
    void main() { 
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

Java 甚至還引入了無名的類，將類的聲明隱藏掉：

void main() {
    System.out.println("Hello, World!");
}

（二）Project Loom

JEP 444：虛擬線程

這是很重要的一個(gè)特性，將虛擬線程引入到了Java平臺(tái)中。虛擬線程是輕量級(jí)線程，大大降低了編寫、維護(hù)和觀察高吞吐量并發(fā)應(yīng)用程序的工作量。

該特性的目標(biāo)是：使采用簡單的每個(gè)請求一個(gè)線程的方式編寫的服務(wù)器應(yīng)用程序能夠充分利用硬件資源進(jìn)行擴(kuò)展；

使現(xiàn)有的使用 java.lang.Thread API 的代碼能夠以最小的修改支持虛擬線程；

使現(xiàn)有的 JDK 工具能夠輕松進(jìn)行虛擬線程的故障排除、調(diào)試和性能分析。

虛擬線程是 java.lang.Thread 類的一個(gè)實(shí)例，它在底層的操作系統(tǒng)線程上運(yùn)行 Java 代碼，但并不會(huì)在整個(gè)生命周期中占用這個(gè)操作系統(tǒng)線程。這意味著許多虛擬線程可以在同一個(gè)操作系統(tǒng)線程上運(yùn)行其 Java 代碼，有效地共享該線程。平臺(tái)線程會(huì)獨(dú)占一個(gè)寶貴的操作系統(tǒng)線程，虛擬線程則不會(huì)。虛擬線程的數(shù)量可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于操作系統(tǒng)線程的數(shù)量。虛擬線程是由 JDK 提供的輕量級(jí)線程實(shí)現(xiàn)，而不是由操作系統(tǒng)提供的。

例如，為每個(gè)請求創(chuàng)建一個(gè)新的虛擬線程來進(jìn)行處理的代碼：

void handle(Request request, Response response) {
    var url1 = ...
    var url2 = ...
    try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
        var future1 = executor.submit(() -> fetchURL(url1));
        var future2 = executor.submit(() -> fetchURL(url2));
        response.send(future1.get() + future2.get());
    } catch (ExecutionException | InterruptedException e) {
        response.fail(e);
    }
}
String fetchURL(URL url) throws IOException {
    try (var in = url.openStream()) {
        return new String(in.readAllBytes(), StandardCharsets.UTF_8);
    }
}

JEP 446：作用域值（預(yù)覽特性）

引入了作用域值，這些值可以安全高效地共享給方法，而不需要使用方法參數(shù)。特別是在使用大量虛擬線程時(shí)，它們優(yōu)于線程局部變量。它是 ScopedValue<T> 類型的變量。

例如：

final static ScopedValue<...> V = ScopedValue.newInstance();
// In some method
ScopedValue.where(V, <value>)
           .run(() -> { ... V.get() ... call methods ... });
// In a method called directly or indirectly from the lambda expression
... V.get() ...

JEP 453：結(jié)構(gòu)化并發(fā)（預(yù)覽特性）

引入結(jié)構(gòu)化并發(fā) API，簡化并發(fā)編程。結(jié)構(gòu)化并發(fā)將在不同線程中運(yùn)行的相關(guān)任務(wù)組視為一個(gè)工作單元，從而簡化錯(cuò)誤處理和取消操作，進(jìn)而可靠性，并增強(qiáng)可觀測性。結(jié)構(gòu)化并發(fā) API 的主要類是位于 java.util.concurrent 包中的 StructuredTaskScope。

（三）Project Panama

JEP 442：外部的函數(shù)和內(nèi)存 API（第 3 次預(yù)覽）

Foreign Function & Memory API (FFM API) 位于 java.lang.foreign 包中，它定義了一系列類和接口，使Java程序能夠與Java運(yùn)行時(shí)之外的代碼和數(shù)據(jù)進(jìn)行互操作。通過有效地調(diào)用外部函數(shù)（即JVM之外的代碼），并安全地訪問外部內(nèi)存（即并非由JVM管理的內(nèi)存），該 API 使 Java 程序能夠調(diào)用本地庫并處理本地?cái)?shù)據(jù)，而不會(huì)出現(xiàn) JNI 的脆弱性和危險(xiǎn)性。

JEP 448：向量 API（第6次 孵化特性）

引入VectorSpecies<E>，用于表達(dá)向量計(jì)算，這些計(jì)算可以在受支持的 CPU 架構(gòu)上在運(yùn)行時(shí)可靠地編譯為最佳的向量指令，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)于等效標(biāo)量計(jì)算的性能。

（四）核心類庫

JEP 431：有順序的集合

引入新的接口 SequencedCollection<E> 來表示具有明確定義的遍歷順序的集合。每個(gè)這樣的集合都有明確定義的第一個(gè)元素、第二個(gè)元素等，一直到最后一個(gè)元素。它還提供了統(tǒng)一的 API 來訪問它的第一個(gè)和最后一個(gè)元素，以及以相反的順序處理其元素。

（五）性能更新

JEP 439：分代 ZGC

擴(kuò)展 ZGC，使之在不同的代中維護(hù)年輕的對象和年老的對象，從而提高應(yīng)用程序的性能。這將允許 ZGC 更頻繁地收集年輕對象，因?yàn)樗鼈兏菀自缧r(shí)候被回收。

JEP 452：密鑰封裝機(jī)制 API

引入了一個(gè)新類 KEM，用于密鑰封裝機(jī)制，這是一種使用公鑰加密來保護(hù)對稱密鑰的加密技術(shù)。

（六）維護(hù)與棄用

JEP 449：棄用 32 位 x86 平臺(tái)構(gòu)建版本，將來移除

棄用 Windows 32 位 x86 構(gòu)建版本，并計(jì)劃在未來的版本中移除。

JEP 451：準(zhǔn)備禁止動(dòng)態(tài)加載代理

在將代理動(dòng)態(tài)加載到運(yùn)行中的 JVM 時(shí)發(fā)出警告。這些警告旨在讓用戶有所準(zhǔn)備，以便在將來的發(fā)布版本中，默認(rèn)禁止動(dòng)態(tài)加載代理。在任何發(fā)布版本中，通過服務(wù)工具（serviceability tool）在啟動(dòng)時(shí)加載代理不會(huì)引發(fā)警告。

Java 21 的新特性就介紹到這里，趕快下載體驗(yàn)吧！

JDK下載地址：

https://www.oracle.com/java/technologies/downloads/