【Java】Java 17 新特性概览-Toy模板网

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1. Java 17 简介

Java 17 于 2021年09月14日正式发布，且为长期支持版本（Long-Term-Support - LTS）。

Spring 6.x 和 Spring Boot 3.x 最低支持的 Java 17，这里敲黑板：Java 17 将是继 Java 8 以来最重要的长期支持版本。

下面为 Oracle Java SE 产品的一些关键产品日期示例（Oracle Java SE Product Releases）：

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2. Java 17 新特性

类型推断 - 新的 var 关键字

从 Java 10 开始，引入了局部变量类型推断（Local Variable Type Inference）功能，它可以让我们使用关键字 var 声明局部变量（而不是实际类型），而由编译器根据变量初始化的值自动推断出类型。

// Java 8 传统变量声明方法
String str = "pointer";

// Java 10 使用类型推断的变量声明方法
var str = "pointer";

Java 11 允许在 lambda 表达式中使用 var 进行参数声明：

public class VarInLambdaExample {
    public static void main(String[] args) {
        IntStream.of(1, 2, 3, 5, 6, 7)
            .filter((var i) -> i % 2 == 0)
            .forEach(System.out::println);
    }
}

垃圾回收器改进

从 Java 9 开始，G1 是默认的垃圾收集器。与 Parallel GC 相比，它减少了暂停时间，尽管它的总体吞吐量可能较低。G1 的更新包括将未使用的已提交内存返回给操作系统的能力（JEP 346）。

ZGC 垃圾收集器已在 Java 11 中引入，并已在 Java 15 (JEP 377) 中达到产品状态。它旨在进一步减少停顿。从 Java 13 开始，它也可以将未使用的已提交内存返回给操作系统 (JEP 351)。

JDK 14 中引入了 Shenandoah GC，并在 Java 15 ( JEP 379) 中达到了产品状态。它旨在保持低暂停时间并独立于堆大小。

在 Java 8 中如果您没有手动更改 GC，您仍然使用 Parallel GC。简单地切换到 Java 17 可能会使您的应用程序运行得更快，并具有更一致的方法运行时间。切换到 ZGC 或 Shenandoah 可能会得到更好的结果。

最后，No-Op Garbage Collector（JEP 318），尽管它是一个实验性功能。这个垃圾收集器实际上不做任何工作，因此允许您精确测量应用程序的内存使用情况。如果您想保持尽可能低的内存操作吞吐量，则很有用。

JEP 356 增强的伪随机数生成器

JDK 17 之前，我们可以借助 Random、ThreadLocalRandom 和SplittableRandom 来生成随机数。不过，这 3 个类都各有缺陷，且缺少常见的伪随机算法支持。

Java 17 为伪随机数生成器 (PRNG) 提供新的接口类型和实现，包括可跳转的 PRNG 和另一类可拆分的 PRNG 算法 (LXM)。

PRNGopen in new window 用来生成接近于绝对随机数序列的数字序列。一般来说，PRNG 会依赖于一个初始值，也称为种子，来生成对应的伪随机数序列。只要种子确定了，PRNG 所生成的随机数就是完全确定的，因此其生成的随机数序列并不是真正随机的。

（1）提供了一个新接口 RandomGenerator

它为所有现有的和新的 PRNG 提供了一个统一的 API。 RandomGenerators 提供名为 ints、longs、doubles、nextBoolean、nextInt、nextLong、nextDouble 和 nextFloat 的方法，以及它们当前的所有参数的变化。从而更容易在应用程序中互换使用各种 PRNG 算法。例如：

public class RandomTest {

    public static void main(String[] args) {
        testRandomGenerator(new Random());
        testRandomGenerator(new SplittableRandom());
        testRandomGenerator(ThreadLocalRandom.current());
    }

    static void testRandomGenerator(RandomGenerator randomGenerator) {
        IntStream ints = randomGenerator.ints(50, 0, 10);
        int[] randoms = ints.toArray();
        for (int i : randoms) {
            System.out.println(i);
        }
        System.out.println("random count = " + randoms.length);
    }
}

（2）提供了一个新类 RandomGeneratorFactory

它用于定位和构造 RandomGenerator 实现的实例：

public class RandomTest {

    public static void main(String[] args) {
        testRandomGeneratorFactory("Random");
        testRandomGeneratorFactory("L128X128MixRandom");
        testRandomGeneratorFactory("Xoshiro256PlusPlus");
    }

    static void testRandomGeneratorFactory(String randomGeneratorName) {
        RandomGeneratorFactory<RandomGenerator> factory = RandomGeneratorFactory.of(randomGeneratorName);
        // 使用时间戳作为随机数种子
        RandomGenerator randomGenerator = factory.create(System.currentTimeMillis());

        // 生成随机数
        val nextInt = randomGenerator.nextInt(10);
        System.out.println(nextInt);
    }
}

上述方法还支持如下LXM 系列 PRNG 算法：

L32X64MixRandom
L32X64StarStarRandom
L64X128MixRandom
L64X128StarStarRandom
L64X256MixRandom
L64X1024MixRandom
L128X128MixRandom
L128X256MixRandom
L128X1024MixRandom

以及广泛使用的 PRNG 算法：

Xoshiro256PlusPlus
Xoroshiro128PlusPlus

（3）提供了四个新的专用 RandomGenerator 接口

SplittableRandomGenerator 扩展了 RandomGenerator 并且还提供名为 split 和 splits 的方法。可拆分性允许用户从现有的 RandomGenerator 生成一个新的 RandomGenerator，这通常会产生统计上独立的结果。
JumpableRandomGenerator 扩展了RandomGenerator 并且还提供名为 jump 和 jumps 的方法。可跳跃性允许用户跳到中等数量的抽签。
LeapableRandomGenerator 扩展了 RandomGenerator 并且还提供方法名为leap和leaps的方法。可跳跃性允许用户跳过大量的抽签。
ArbitrarilyJumpableRandomGenerator 扩展了 LeapableRandomGenerator 并且还提供了jump 和 jumps 的方法额外的变体，允许指定任意跳跃距离。

JEP 356: Enhanced Pseudo-Random Number Generators

JEP 398 删除弃用的 Applet API

Applet API 在 Java 17 进行删除。

Applet API 用于编写在 Web 浏览器端运行的 Java 小程序，在 Java 9 时被标记弃用，但没有删除。

JEP 398: Deprecate the Applet API for Removal

JEP 406 - switch 表达式增强

Java 16 中，JEP 394 扩展了 instanceof 操作符以获取类型模式并执行类型匹配。这种适度的扩展可以简化熟悉的 instanceof-and-cast 习惯用法:

// Old code
if (o instanceof String) {
    String s = (String)o;
    ... use s ...
}

// New code
if (o instanceof String s) {
    ... use s ...
}

Java 17 中对 switch 表达式进行了增强，其中包括对 switch 表达式的模式匹配进行了优化。这些改进可以让开发人员更方便地使用 switch 表达式来进行条件判断和分支控制。

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

// New code
static String formatterPatternSwitch(Object o) {
    return switch (o) {
        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        -> o.toString();
    };
}

对于 null 值的判断也进行了优化：

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

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

JEP 406: Pattern Matching for switch (Preview)

JEP 407 - 删除远程方法调用激活机制

删除远程方法调用 (RMI) 激活机制，同时保留 RMI 的其余部分。RMI 激活机制已过时且不再使用。

JEP 407: Remove RMI Activation

JEP 409 - 密封类（Sealed Classes）

密封类（Sealed Classes）由 JEP 360 提出，并作为预览功能在 JDK 15 中提供。它们由 JEP 397 再次提出并进行了改进，并作为预览功能在 JDK 16 中提供。此 JEP 建议在 JDK 17 中最终确定密封类，与 JDK 16 相比没有任何更改。

没有密封类之前，在 Java 中如果想让一个类不能被继承和修改，我们可以使用 final 关键字对类进行修饰。不过，这种方式不太灵活，直接把一个类的继承和修改渠道给堵死了。

密封类可以对继承或者实现它们的类进行限制，这样这个类就只能被指定的类继承。

// 抽象类 Shape 只允许 Circle 和 Circle 继承。
public sealed class Shape permits Circle, Circle {
    // Shape 类的定义
}

public final class Circle extends Shape {
    // Circle 类的定义
}

public final class Rectangle extends Shape {
    // Rectangle 类的定义
}

另外，任何扩展密封类的类本身都必须声明为 sealed、non-sealed 或 final。

public final class Circle extends Shape {
}

public non-sealed class Rectangle extends Shape {
}

JEP 409: Sealed Classes

JEP 410 - 删除实验性的 AOT 和 JIT 编译器

在 Java 9 的 JEP 295 引入了实验性的提前 (AOT) 编译器，在启动虚拟机之前将 Java 类编译为本机代码。

在 Java 17，删除实验性的提前 (AOT) 和即时 (JIT) 编译器，因为该编译器自推出以来很少使用，维护它所需的工作量很大。保留实验性的 Java 级 JVM 编译器接口 (JVMCI)，以便开发人员可以继续使用外部构建的编译器版本进行 JIT 编译。

JEP 410: Remove the Experimental AOT and JIT Compiler

JEP 411 - 删除弃用的安全管理器

安全管理器可追溯到 Java 1.0，多年来，它一直不是保护客户端 Java 代码的主要方法，也很少用于保护服务器端代码。为了推动 Java 向前发展，Java 17 删除了弃用的安全管理器。

JEP 411: Deprecate the Security Manager for Removal

JEP 412 - 外部函数和内存 API（孵化）

Java 程序可以通过该 API 与 Java 运行时之外的代码和数据进行互操作。通过高效地调用外部函数（即 JVM 之外的代码）和安全地访问外部内存（即不受 JVM 管理的内存），该 API 使 Java 程序能够调用本机库并处理本机数据，而不会像 JNI 那样危险和脆弱。

下面是 FFM API 使用示例，这段代码获取了 C 库函数的 radixsort 方法句柄，然后使用它对 Java 数组中的四个字符串进行排序。

// 1. 在C库路径上查找外部函数
Linker linker = Linker.nativeLinker();
SymbolLookup stdlib = linker.defaultLookup();
MethodHandle radixSort = linker.downcallHandle(
                             stdlib.lookup("radixsort"), ...);
// 2. 分配堆上内存以存储四个字符串
String[] javaStrings   = { "mouse", "cat", "dog", "car" };
// 3. 分配堆外内存以存储四个指针
SegmentAllocator allocator = implicitAllocator();
MemorySegment offHeap  = allocator.allocateArray(ValueLayout.ADDRESS, javaStrings.length);
// 4. 将字符串从堆上复制到堆外
for (int i = 0; i < javaStrings.length; i++) {
    // 在堆外分配一个字符串，然后存储指向它的指针
    MemorySegment cString = allocator.allocateUtf8String(javaStrings[i]);
    offHeap.setAtIndex(ValueLayout.ADDRESS, i, cString);
}
// 5. 通过调用外部函数对堆外数据进行排序
radixSort.invoke(offHeap, javaStrings.length, MemoryAddress.NULL, '\0');
// 6. 将(重新排序的)字符串从堆外复制到堆上
for (int i = 0; i < javaStrings.length; i++) {
    MemoryAddress cStringPtr = offHeap.getAtIndex(ValueLayout.ADDRESS, i);
    javaStrings[i] = cStringPtr.getUtf8String(0);
}
assert Arrays.equals(javaStrings, new String[] {"car", "cat", "dog", "mouse"});  // true

JEP 412: Foreign Function & Memory API (Incubator)

JEP 414 - 向量（Vector） API（第二次孵化）

Vector API 最初在 Java 16 孵化并集成，在 Java 17 中进行第二次孵化。这个特性可以让开发人员更方便地使用向量操作来进行数据处理。Vector API 可以提供更高的并行性和更好的性能，从而加速数据处理过程。

// 创建一个 Vector
Vector<Float> v = Vector.of(1.0f, 2.0f, 3.0f, 4.0f);

// 对 Vector 中的元素进行操作
Vector<Float> result = v.map(x -> x * 2).add(Vector.of(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f));

// 输出结果
System.out.println(result);