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Java 21新特性

小熊同学大约 10 分钟

官方文档链接：https://openjdk.org/projects/jdk/21/open in new window

下载链接：https://www.oracle.com/cn/java/technologies/downloads/#jdk21-windowsopen in new window

1、介绍

JDK21 是2023.09.19发布的正式版

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其他版本的含义：

  • Alpha：软件或系统的内部测试版本，仅内部人员使用。一般不向外部发布，通常会有很多 Bug，除非你也是测试人员，否则不建议使用，alpha 就是 α，是希腊字母的第一位，表示最初级的版本，beta 就是 β，alpha 版就是比 beta 还早的测试版，一般都是内部测试的版本。
  • Beta：公开测试版。β 是希腊字母的第二个，顾名思义，这一版本通常是在 Alpha 版本后，该版本相对于 Alpha 版已有了很大的改进，消除了严重的错误，但还是存在着一缺陷，需要经过多次测试来进一步消除。这个阶段的版本会一直加入新的功能。
  • Gamma： 软件或系统接近于成熟的版本，只需要做一些小的改进就能发行。是 beta 版做过一些修改，成为正式发布的候选版本。
  • RC：Release Candidate，发行候选版本。和 Beta 版最大的差别在于 Beta 阶段会一直加入新的功能，但是到了 RC 版本，几乎就不会加入新的功能了，而主要着重于除错。RC 版本是最终发放给用户的最接近正式版的版本，发行后改正 bug 就是正式版了，就是正式版之前的最后一个测试版。
  • GA：General Available，正式发布的版本，这个版本就是正式的版本。在国外都是用 GA 来说明 release 版本的。比如：MySQL Community Server 5.7.21 GA 这是 MySQL Community Server 5.7 第 21 个发行稳定的版本，GA 意味着 General Available，也就是官方开始推荐广泛使用了。
  • Release：这个版本通常就是所谓的“最终版本”，在前面版本的一系列测试版之后，终归会有一个正式版本，是最终交付用户使用的一个版本，该版本有时也称为标准版。一般情况下，Release 不会以单词形式出现在软件封面上，取而代之的是符号(R)。
  • Stable：稳定版。在开源软件中，都有 stable 版，这个就是开源软件的最终发行版，用户可以放心大胆的用了。这一版本基于 Beta 版，已知 Bug 都被修复，一般情况下，更新比较慢。

2、新功能

根据官方文档：https://www.infoq.com/news/2023/09/java-21-so-far/open in new window

最终的 15 个新功能集（以JEPopen in new window的形式）可分为四 (4) 类：核心 Java 库、Java 语言规范、热点和安全库，根据官方文档，分为了正式版和预览版，思维导图如下：

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正式功能：

  1. 虚拟线程
  2. 序列集合
  3. 弃用 Windows 32 位 x86 移植
  4. 准备禁止动态加载代理
  5. 分代 ZGC
  6. switch 模式匹配
  7. 记录模式
  8. 密钥封装机制 API

预览版功能：

  1. 字符串模板(预览)
  2. 外部函数和内存 API(第三次预览)
  3. 未命名模式和变量(预览)
  4. 未命名类和实例主方法(预览)

3、虚拟线程

你发任你发，我用JAVA8

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提供了一种更高效、更轻量级的线程模型

1、为什么需要加入虚拟线程

在此之前，我们创建线程后需要销毁线程来释放内存，会造成大量的成本消耗，完美的解决方案就是我们用线程池，通过线程池来管理线程，并且共享线程相当于说我用的时候去租用一个线程。

这样就解决了创建和销毁的成本，但是呢，还有并发量没有解决，线程逐渐增多之后，线程之间会存在频繁切换，切换的成本很高

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so 就引入了虚拟线程，使用虚拟线程进行切换，这样成本就相当于只有一个线程在工作

2、使用

代码层面兼容性很好，基本和原来的线程池没有区别

首先创建一个普通线程，实现Runnable接口

public class ThreadDemo implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程名为：" + Thread.currentThread().getName());
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

1、通过Thread直接使用

Thread thread = Thread.startVirtualThread(new ThreadDemo());

2、使用ofVirtual()，构建器模式启动虚拟线程，您可以设置线程名称、优先级、异常处理和其他配置

Thread thread = Thread.ofVirtual().name("javaxiaobear").unstarted(new ThreadDemo());

3、通过Executors调用

try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    IntStream.range(0, 10_000).forEach(i -> {
        executor.submit(() -> {
            Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
            return i;
        });
    });
}  // executor.close() is called implicitly, and waits

//另一种写法
ExecutorService executorService = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
Future<?> submit = executorService.submit(new ThreadDemo());
Object javaxiaobear = submit.get();

4、使用工厂模式创建虚拟线程，其实跟ofVirtual差不多

ThreadFactory factory = Thread.ofVirtual().factory();
Thread thread = factory.newThread(new ThreadDemo());
thread.setName("javaxiaobear");
thread.start();

try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    IntStream.range(0, 10_000).forEach(i -> {
        executor.submit(() -> {
            Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
            return i;
        });
    });
}  // executor.close() is called implicitly, and waits

4、序列集合

官方文档：https://openjdk.org/jeps/431open in new window

Java 的集合框架open in new window缺少表示具有定义的遇到顺序的元素序列的集合类型，比如LinkedHashSet获取最后一个元素，就需要遍历整个集合，所以官方就增加了3个接口

有序集合是其Collection元素具有定义的遇到顺序的集合，有序集合具有第一个和最后一个元素，它们之间的元素具有后继和前驱。排序集合支持两端的通用操作，并且支持从第一个到最后一个以及从最后一个到第一个（即正向和反向）处理元素。

1、有序集合

interface SequencedCollection<E> extends Collection<E> {
    // new method
    SequencedCollection<E> reversed();
    // methods promoted from Deque
    void addFirst(E);
    void addLast(E);
    E getFirst();
    E getLast();
    E removeFirst();
    E removeLast();
}

2、序列集

interface SequencedSet<E> extends Set<E>, SequencedCollection<E> {
    SequencedSet<E> reversed();    // covariant override
}

3、序列Map

interface SequencedMap<K,V> extends Map<K,V> {
    // new methods
    SequencedMap<K,V> reversed();
    SequencedSet<K> sequencedKeySet();
    SequencedCollection<V> sequencedValues();
    SequencedSet<Entry<K,V>> sequencedEntrySet();
    V putFirst(K, V);
    V putLast(K, V);
    // methods promoted from NavigableMap
    Entry<K, V> firstEntry();
    Entry<K, V> lastEntry();
    Entry<K, V> pollFirstEntry();
    Entry<K, V> pollLastEntry();
}

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5、弃用 Windows 32 位 x86 移植

这里就很简单，未来将不支持32位的系统了

6、准备禁止动态加载代理

当代理动态加载到正在运行的 JVM 中时发出警告。这些警告旨在帮助用户为将来的版本做好准备，该版本默认情况下不允许动态加载代理，以提高默认情况下的完整性open in new window。在启动时加载代理的可服务性工具不会导致在任何版本中发出警告.

总的来说就是在JVM中禁止动态加载代理

在 JDK 21 中，允许动态加载代理，但 JVM 在发生这种情况时会发出警告。例如：

WARNING: A {Java,JVM TI} agent has been loaded dynamically (file:/u/bob/agent.jar)
WARNING: If a serviceability tool is in use, please run with -XX:+EnableDynamicAgentLoading to hide this warning
WARNING: If a serviceability tool is not in use, please run with -Djdk.instrument.traceUsage for more information
WARNING: Dynamic loading of agents will be disallowed by default in a future release

要允许工具动态加载代理而不发出警告，用户必须-XX:+EnableDynamicAgentLoading在命令行上使用该选项运行。

7、分代 ZGC

ZGC（JEP 333open in new window）专为低延迟和高可扩展性而设计，通过扩展 Z 垃圾收集器 ( ZGCopen in new window ) 来维护年轻对象和老对象的不同代open in new window，从而提高应用程序性能。这将使 ZGC 能够更频繁地收集年轻对象（这些对象往往会在年轻时死亡）

在 Java 21 中，我们可以这样开启分代 ZGC：

java -XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational ...

同时，分代 ZGC 中不再需要设置年轻代大小、年轻代进入老年代所需要的 GC 次数、GC 线程数等，ZGC 将这些全部动态化，并在内部自动调优。现在只需要设置一个参数，即最大内存大小 -Xmx。

具体详情大家可参考这篇：https://sdl.moe/post/generational-zgc/open in new window

8、switch 模式匹配

官方文档：https://openjdk.org/jeps/441open in new window

switch 通过表达式和语句的模式匹配增强 Java 编程语言。扩展模式匹配switch允许针对多个模式测试表达式，每个模式都有一个特定的操作，以便可以简洁、安全地表达复杂的面向数据的查询，实际上就是一个语法升级，代码美观了

1、使用

public class SwitchTest {

    public static void main(String[] args) {
        int i = 88;
        System.out.println("以前写法"+ formatter(i));
        System.out.println(formatterPatternSwitch(i));
    }

    /**
     *  以前写法
     * @param obj
     * @return
     */
    public 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;
    }

    /**
     * 现在写法
     * @param obj
     * @return
     */
    public 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();
        };
    }
}

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2、空值处理

/**
 * 之前写法
 * @param s
 */
public static void testFooBarOld(String s) {
    if (s == null) {
        System.out.println("是空值!");
        return;
    }
    switch (s) {
        case "Foo", "Bar" -> System.out.println("Great");
        default           -> System.out.println("javaxiaobear is Good");
    }
}

/**
 * 新特性写法
 * @param s
 */
static void testFooBarNew(String s) {
    switch (s) {
        case null         -> System.out.println("Oops");
        case "Foo", "Bar" -> System.out.println("Great");
        default           -> System.out.println("javaxiaobear is Good");
    }
}

9、记录模式

官方文档：https://openjdk.org/jeps/440open in new window

Record Patterns的实现原理主要涉及两个方面:

  • 记录类型
  • 记录类型是一种新的类声明形式,通过record关键字来定义。

模式匹配

模式匹配是指根据给定的模式来匹配某个对象,并执行相应的操作。在Record Patterns中,我们可以使用instance of关键字和模式变量

来进行模式匹配。具体地说,当我们使用Record Patterns进行模式匹配时,编译器会自动为记录类型生成一个模式匹配方法。这个方法

接受一个对象作为参数兰担据给定的模式进行匹配。如果匹配成功,则将字段值绑定到相应的模式变量中,从而可以在后续代码中用。

10、密钥封装机制 API

引入密钥封装机制 (KEM) 的 API，这是一种使用公钥加密来保护对称密钥的加密技术。密钥封装open in new window是一种现代加密技术，它使用非对称或公钥加密来保护对称密钥。这样做的传统技术是使用公钥加密随机生成的对称密钥，但这需要填充并且很难证明安全。相反，密钥封装机制 (KEM) 使用公钥的属性来派生相关的对称密钥，这不需要填充。

KEM 由三个功能组成：

  • 密钥对生成函数，返回包含公钥和私钥的密钥对。
  • 密钥封装函数，由发送方调用，采用接收方的公钥和加密选项；它返回一个秘密密钥K 和一个密钥封装消息（在 ISO 18033-2 中称为*密文）。*发送方将密钥封装消息发送给接收方。
  • 密钥解封装函数，由接收方调用，获取接收方的私钥和接收到的密钥封装消息；它返回密钥K。
import javax.crypto.KEM;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

public class KEMTest {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
        //RSA算法
        KeyPairGenerator instance = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        //初始化秘钥大小
        instance.initialize(1024);
        //生成密钥对
        KeyPair kp = instance.generateKeyPair();
        //获取公钥
        System.out.println(kp.getPublic());
        //获取私钥
        System.out.println(kp.getPrivate());

    }
}
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