Java 19 已至,虛擬線程 = 王炸!!
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JDK 19 定于 9 月 20 日正式發(fā)布以供生產(chǎn)使用，非長(zhǎng)期支持版本。不過(guò)，JDK 19 中有一些比較重要的新特性值得關(guān)注。
JDK 19 只有 7 個(gè)新特性：
- JEP 405: Record Patterns（記錄模式）[1]（預(yù)覽）
- JEP 422: Linux/RISC-V Port [2]
- JEP 424: Foreign Function & Memory API（外部函數(shù)和內(nèi)存 API）[3]（預(yù)覽）
- JEP 425: Virtual Threads（虛擬線程）[4]（預(yù)覽）
- JEP 426: Vector（向量）API[5]（第四次孵化）
- JEP 427: Pattern Matching for switch（switch 模式匹配） [6]
- JEP 428: Structured Concurrency（結(jié)構(gòu)化并發(fā)）[7]（孵化）
這里只對(duì) 424、425、426、428 這 4 個(gè)我覺(jué)得比較重要的新特性進(jìn)行詳細(xì)介紹。
JEP 424: 外部函數(shù)和內(nèi)存 API（預(yù)覽）
Java 程序可以通過(guò)該 API 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(guò)高效地調(diào)用外部函數(shù)（即 JVM 之外的代碼）和安全地訪問(wèn)外部?jī)?nèi)存（即不受 JVM 管理的內(nèi)存），該 API 使 Java 程序能夠調(diào)用本機(jī)庫(kù)并處理本機(jī)數(shù)據(jù)，而不會(huì)像 JNI 那樣危險(xiǎn)和脆弱。
外部函數(shù)和內(nèi)存 API 之前在 JDK 17 中孵化，在 JDK 18 中重新孵化。
在沒(méi)有外部函數(shù)和內(nèi)存 API 之前：
-
Java 通過(guò) `sun.misc.Unsafe`[8] 提供一些執(zhí)行低級(jí)別、不安全操作的方法（如直接訪問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)存資源、自主管理內(nèi)存資源等），
Unsafe類(lèi)讓 Java 語(yǔ)言擁有了類(lèi)似 C 語(yǔ)言指針一樣操作內(nèi)存空間的能力的同時(shí)，也增加了 Java 語(yǔ)言的不安全性，不正確使用Unsafe類(lèi)會(huì)使得程序出錯(cuò)的概率變大。 - Java 1.1 就已通過(guò) Java 原生接口（JNI）支持了原生方法調(diào)用，但并不好用。JNI 實(shí)現(xiàn)起來(lái)過(guò)于復(fù)雜，步驟繁瑣（具體的步驟可以參考這篇文章：Guide to JNI (Java Native Interface)[9] ），不受 JVM 的語(yǔ)言安全機(jī)制控制，影響 Java 語(yǔ)言的跨平臺(tái)特性。并且，JNI 的性能也不行，因?yàn)?JNI 方法調(diào)用不能從許多常見(jiàn)的 JIT 優(yōu)化(如內(nèi)聯(lián))中受益。雖然JNA[10]、JNR[11]和JavaCPP[12]等框架對(duì) JNI 進(jìn)行了改進(jìn)，但效果還是不太理想。
引入外部函數(shù)和內(nèi)存 API 就是為了解決 Java 訪問(wèn)外部函數(shù)和外部?jī)?nèi)存存在的一些痛點(diǎn)。
Foreign Function & Memory API (FFM API) 定義了類(lèi)和接口：
-
分配外部?jī)?nèi)存 ：
MemorySegment、、MemoryAddress和SegmentAllocator）； -
操作和訪問(wèn)結(jié)構(gòu)化的外部?jī)?nèi)存：
MemoryLayout,VarHandle； -
控制外部?jī)?nèi)存的分配和釋放：
MemorySession； -
調(diào)用外部函數(shù)：
Linker、FunctionDescriptor和SymbolLookup。
下面是 FFM API 使用示例，這段代碼獲取了 C 庫(kù)函數(shù)的 radixsort 方法句柄，然后使用它對(duì) Java 數(shù)組中的四個(gè)字符串進(jìn)行排序。
JEP 425: 虛擬線程（預(yù)覽）
虛擬線程是 JDK 而不是 OS 實(shí)現(xiàn)的輕量級(jí)線程(Lightweight Process，LWP），許多虛擬線程共享同一個(gè)操作系統(tǒng)線程，虛擬線程的數(shù)量可以遠(yuǎn)大于操作系統(tǒng)線程的數(shù)量。
虛擬線程在其他多線程語(yǔ)言中已經(jīng)被證實(shí)是十分有用的，比如 Go 中的 Goroutine、Erlang 中的進(jìn)程。
虛擬線程避免了上下文切換的額外耗費(fèi)，兼顧了多線程的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了高并發(fā)程序的復(fù)雜，可以有效減少編寫(xiě)、維護(hù)和觀察高吞吐量并發(fā)應(yīng)用程序的工作量。
JEP 426: 向量 API（第四次孵化）
向量（Vector） API 最初由JEP 338[13]提出，并作為孵化 API[14]集成到 JDK 16 中。第二輪孵化由JEP 414[15]提出并集成到 JDK 17 中。第三輪孵化由JEP 417[16]提出并集成到 JDK 18 中。
向量計(jì)算由對(duì)向量的一系列操作組成。向量 API 用來(lái)表達(dá)向量計(jì)算，該計(jì)算可以在運(yùn)行時(shí)可靠地編譯為支持的 CPU 架構(gòu)上的最佳向量指令，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)于等效標(biāo)量計(jì)算的性能。
向量 API 的目標(biāo)是為用戶(hù)提供簡(jiǎn)潔易用且與平臺(tái)無(wú)關(guān)的表達(dá)范圍廣泛的向量計(jì)算。
這是對(duì)數(shù)組元素的簡(jiǎn)單標(biāo)量計(jì)算：
這是使用 Vector API 進(jìn)行的等效向量計(jì)算：
JEP 428: 結(jié)構(gòu)化并發(fā)(孵化)
JDK 19 引入了結(jié)構(gòu)化并發(fā)，一種多線程編程方法，目的是為了通過(guò)結(jié)構(gòu)化并發(fā) API 來(lái)簡(jiǎn)化多線程編程，并不是為了取代java.util.concurrent，目前處于孵化器階段。
結(jié)構(gòu)化并發(fā)將不同線程中運(yùn)行的多個(gè)任務(wù)視為單個(gè)工作單元，從而簡(jiǎn)化錯(cuò)誤處理、提高可靠性并增強(qiáng)可觀察性。也就是說(shuō)，結(jié)構(gòu)化并發(fā)保留了單線程代碼的可讀性、可維護(hù)性和可觀察性。
結(jié)構(gòu)化并發(fā)的基本 API 是`StructuredTaskScope`[17]。StructuredTaskScope 支持將任務(wù)拆分為多個(gè)并發(fā)子任務(wù)，在它們自己的線程中執(zhí)行，并且子任務(wù)必須在主任務(wù)繼續(xù)之前完成。
StructuredTaskScope 的基本用法如下：
結(jié)構(gòu)化并發(fā)非常適合虛擬線程，虛擬線程是 JDK 實(shí)現(xiàn)的輕量級(jí)線程。許多虛擬線程共享同一個(gè)操作系統(tǒng)線程，從而允許非常多的虛擬線程。
參考資料
[1]JEP 405: Record Patterns（記錄模式）: https://openjdk.org/jeps/405
[2]JEP 422: Linux/RISC-V Port: https://openjdk.org/jeps/422
[3]JEP 424: Foreign Function & Memory API（外部函數(shù)和內(nèi)存 API）: https://openjdk.org/jeps/424
[4]JEP 425: Virtual Threads（虛擬線程）: https://openjdk.org/jeps/425
[5]JEP 426: Vector（向量）API: https://openjdk.java.net/jeps/426
[6]JEP 427: Pattern Matching for switch（switch 模式匹配）: https://openjdk.java.net/jeps/427
[7]JEP 428: Structured Concurrency（結(jié)構(gòu)化并發(fā)）: https://openjdk.org/jeps/428
[8]sun.misc.Unsafe: https://hg.openjdk.java.net/jdk/jdk/file/tip/src/jdk.unsupported/share/classes/sun/misc/Unsafe.java
Guide to JNI (Java Native Interface): https://www.baeldung.com/jni
[10]JNA: https://github.com/java-native-access/jna
[11]JNR: https://github.com/jnr/jnr-ffi
[12]JavaCPP: https://github.com/bytedeco/javacpp
[13]JEP 338: https://openjdk.java.net/jeps/338
[14]孵化 API: http://openjdk.java.net/jeps/11
[15]JEP 414: https://openjdk.java.net/jeps/414
[16]JEP 417: https://openjdk.java.net/jeps/417
[17]StructuredTaskScope: https://download.java.net/java/early_access/loom/docs/api/jdk.incubator.concurrent/jdk/incubator/concurrent/StructuredTaskScope.html
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