探索JDK 17：Java世界的最新突破
探索JDK 17：Java世界的最新突破
-
- 前言
- 密封类（Sealed Classes）
-
- 密封类的概念:
- 如何声明密封类:
- 密封类的特性:
- 使用密封类进行更严密的类型检查:
- 结论:
- 模式匹配（Pattern Matching）
-
- 1. `instanceof`的模式匹配:
- 2. 模式匹配和`switch`表达式:
- 3. 使用模式匹配提高可读性:
- 结论:
- 新的垃圾收集器
-
- 1. ZGC（Z Garbage Collector）
- 2. Shenandoah GC
- 3. G1 GC的改进
- 性能和效率提升
- 结论
- 强化的APIs
-
- 1. 新的字符串方法
- 2. Files类的改进
- 3. 新的流(Stream)操作
- 4. 强化的`InetAddress`类
- 5. 新的随机数生成器
- 6. 其他API改进
- 总结
前言
随着技术界不断进步，Java也在持续演变，每个新版本都带来了创新和提升。JDK 17不仅是一个新版本的发布，它是Java发展中的一个重要里程碑，带来了期待已久的特性和显著的改进。本文将带你深入JDK 17的每一个角落，揭示这些新特性如何为开发者提供更多工具和可能性，以及它们对未来Java发展的影响。
密封类（Sealed Classes）
密封类（Sealed Classes）是JDK 17引入的一项重要特性，它为Java增加了一种更严格的类层次控制机制，通过这种机制，类的创建者可以精确控制哪些其他类可以成为其子类。下面详细解释密封类的概念和它们如何用于提供更严密的类型检查。
密封类的概念:
- 定义: 密封类是一种特殊的类，它可以明确指定哪些其他类可以扩展（extend）或实现（implement）它。这意味着你可以定义一个密封的类或接口，并且准确控制其允许的子类。
- 目的: 通过限制继承，密封类提供了一种更精确的方法来建模不变式，并确保数据和行为的一致性。
如何声明密封类:
要声明一个密封类，你需要使用sealed修饰符，并通过permits子句指定哪些类被允许扩展它。例如:
public sealed class Shape permits Circle, Square, Rectangle {
// ... 类的成员 ...
}
在这个例子中，Shape是一个密封类，它只允许Circle，Square和Rectangle这三个类继承它。
密封类的特性:
- 明确的子类: 密封类的直接子类必须在同一模块中，要么是密封的，要么是
final的，要么是non-sealed的，确保了类的层次结构的明确性和封闭性。 - 类型检查: 编译器可以利用密封类的信息进行更精确的类型检查。在使用
instanceof和模式匹配（Pattern Matching）时，编译器可以确定是否已经覆盖了所有可能的子类型。
使用密封类进行更严密的类型检查:
- 模式匹配: 在
switch表达式或语句中，当使用密封类作为表达式时，编译器可以确保所有的子类型都被覆盖，这减少了遗漏某个子类型的可能性。 - 设计安全的层次结构: 密封类确保只有特定的子类存在，这对于设计如代数数据类型（Algebraic Data Types, ADT）等安全的类层次结构特别有用。
结论:
密封类提供了一种新的类层次控制方式，通过精确控制哪些类可以继承自哪些类，它增加了Java语言的表现力和安全性。密封类的引入使得Java在构建模型和编写可维护、易于理解的代码方面更加强大。通过利用这些特性，开发者可以创建出更严密、更安全的应用程序。
模式匹配（Pattern Matching）
模式匹配（Pattern Matching）是Java中一个旨在简化代码和提高可读性的功能。它允许你以声明式的方式检查并处理对象，使代码更简洁、更直观。从JDK 16开始引入作为预览功能，并在后续版本中得到增强。以下是如何使用模式匹配来简化代码和提高可读性的示例。
1. instanceof的模式匹配:
在Java之前的版本中，要检查并转换类型，通常需要使用instanceof操作符然后进行显式转换。例如:
if (obj instanceof String) {
String s = (String) obj;
// 使用s做一些操作
}
使用模式匹配后，可以将这个过程简化为:
if (obj instanceof String s) {
// 直接使用s做一些操作
}
这种方式不仅减少了代码量，还增加了代码的清晰度。
2. 模式匹配和switch表达式:
模式匹配可以与switch表达式结合使用，以便更直接地处理不同类型的情况。例如，考虑以下表示几何形状的类层次结构：
sealed interface Shape permits Circle, Rectangle, Square;
record Circle(double radius) implements Shape {}
record Rectangle(double length, double width) implements Shape {}
record Square(double side) implements Shape {}
不使用模式匹配时，你可能需要对Shape类型进行检查并相应地处理：
String displayShapeInfo(Shape shape) {
if (shape instanceof Circle c) {
return "Circle with radius: " + c.radius();
} else if (shape instanceof Rectangle r) {
return "Rectangle with dimensions: " + r.length() + "x" + r.width();
} else if (shape instanceof Square s) {
return "Square with side: " + s.side();
} else {
throw new IllegalArgumentException("Unknown Shape");
}
}
使用模式匹配和switch表达式，可以更清晰地表示相同的逻辑：
String displayShapeInfo(Shape shape) {
return switch (shape) {
case Circle c -> "Circle with radius: " + c.radius();
case Rectangle r -> "Rectangle with dimensions: " + r.length() + "x" + r.width();
case Square s -> "Square with side: " + s.side();
default -> throw new IllegalArgumentException("Unknown Shape");
};
}
这种方式让每种形状的处理逻辑都非常明确且简洁。
3. 使用模式匹配提高可读性:
模式匹配的主要优势之一是它可以使代码更易于理解。通过直接表达你的意图，而不是编写冗长的类型检查和转换代码，你使得其他人（或未来的你）更容易理解代码的功能和目的。
结论:
模式匹配是Java中的一个强大功能，可以使代码更简洁、更清晰。通过减少必要的样板代码和直接表达程序员的意图，它提高了代码的可读性和可维护性。随着Java语言的不断发展，我们可以期待模式匹配将在未来的版本中提供更多的功能和改进。
新的垃圾收集器
JDK 17引入了一些新的垃圾收集器（Garbage Collectors，GC），旨在提高Java应用程序的性能和效率。垃圾收集器是Java虚拟机（JVM）的一部分，负责自动管理程序运行时的内存，包括识别和删除不再使用的对象以释放内存。新的垃圾收集器通过改进垃圾收集的算法和行为，提供了更好的性能和更灵活的配置选项。以下是一些主要的新垃圾收集器及其如何提高性能和效率的介绍：
1. ZGC（Z Garbage Collector）
- 目标: ZGC是一个可伸缩的低延迟垃圾收集器，旨在以极低的暂停时间处理大量内存。它适用于需要大堆（数TB级别）和低延迟（毫秒级别）的应用程序。
- 特点:
- 并发处理: ZGC能够并发地执行大部分垃圾收集工作，从而显著减少应用程序暂停时间。
- 彩色指针: 使用了一种称为彩色指针的技术来标记对象状态，这有助于快速识别和处理可回收的内存。
- 可伸缩性: 无论堆的大小如何，都能保持低延迟。
2. Shenandoah GC
- 目标: Shenandoah也是一个旨在降低暂停时间的垃圾收集器，它与ZGC有相似的目标，但由不同的团队开发。
- 特点:
- 并发压缩: Shenandoah通过并发地压缩堆来实现低暂停时间，这意味着它可以在应用程序线程运行时移动对象。
- 预测性暂停时间控制: 提供了控制最大暂停时间的选项，使得性能调优更加灵活。
- 适应性区域划分: 动态调整堆的区域来提高收集效率。
3. G1 GC的改进
- 目标: G1（Garbage-First）是在较早的JDK版本中引入的垃圾收集器，它主要目标是提供一个平衡了吞吐量和延迟的收集器。
- 特点:
- 改进的性能: JDK 17中G1收到了进一步的优化，包括改进了垃圾回收的启发式和算法，提高了效率和性能。
- 更好的预测模型: 改进了暂停时间的预测模型，使得G1能更可靠地满足用户设定的暂停时间目标。
性能和效率提升
新垃圾收集器如何提高性能和效率：
- 降低延迟: 通过并发执行垃圾回收任务，新的收集器大大减少了应用程序的暂停时间，这对于需要快速响应的系统尤其重要。
- 提高吞吐量: 优化的算法和处理逻辑提高了处理速度，从而在处理大量数据时提高了应用程序的吞吐量。
- 内存管理优化: 更智能的内存管理和区域划分减少了内存碎片，提高了内存利用率。
- 适应性和可调节性: 新的GC提供了更多的调节参数，让开发者可以根据具体应用需求优化性能。
结论
JDK 17中引入的新垃圾收集器提供了显著的性能和效率改进，特别是在降低延迟和处理大内存应用方面。这些收集器通过并发执行、优化的内存管理和更智能的调度算法，使得Java应用能够更高效地运行，同时提供了更多的配置选项来满足不同应用场景的需求。
强化的APIs
JDK 17不仅引入了新的垃圾收集器和语言特性，还增强了许多API，提供了新功能和改进，使得Java开发更加高效和方便。以下是一些在JDK 17中更新和新增的重要API功能。
1. 新的字符串方法
stripIndent(): 此方法用于删除多行字符串的每一行前面的空白，尤其适用于处理多行文本块。translateEscapes(): 该方法用于将字符串中的转义序列（如\n，\t）转换为其相应的字符。formatted(Object... args): 类似于String.format，但是作为字符串实例的方法使用，提供了更方便的格式化选项。
2. Files类的改进
Files.writeString()和Files.readString(): 这两个方法分别用于将字符串写入文件和从文件读取字符串，使得文件的读写操作更加直观和方便。
3. 新的流(Stream)操作
Stream.toList(): 在JDK 16中引入，这个方法允许你直接从Stream中收集元素到一个不可变的List，简化了之前需要使用collect(Collectors.toList())的操作。
4. 强化的InetAddress类
- 更好的IPv6支持: JDK 17增强了对IPv6的支持，包括改进的地址解析和更多控制选项。
5. 新的随机数生成器
RandomGenerator接口: JDK 17引入了一个新的随机数生成器接口RandomGenerator，提供了更好的随机性和性能，同时还提供了多种实现，如Random,SplittableRandom,ThreadLocalRandom等，以满足不同的需求。
6. 其他API改进
Sealed Classes: 正如之前提到的，密封类现在可以在API层面上更精确地控制类的继承。Pattern Matchingforswitch: 这个语言特性虽然还在预览阶段，但它扩展了switch表达式，允许更复杂的模式匹配和更清晰的逻辑。
总结
JDK 17的API增强带来了许多便利和性能改进，从字符串处理到文件操作，再到流处理和随机数生成。这些改进让Java开发者能够写出更简洁、更高效、更易于维护的代码。通过不断更新和增强其核心API，Java确保了它作为一种技术和平台能够持续适应现代开发的需求。这些更新使Java更加强大和灵活，有助于开发者构建更加健壮和高效的应用程序。