Java 21即将发布，探索Java 21新特性和改进

一、简介

Java 21是 Java 17之后的下一个 LTS版本。虚拟线程在 Java 21中将成为正式功能。Java 21 有望将会成为继 java8 之后又一个流行的 Java 版本。

二、发布时间

Java 21将在 2023 年 9 月 19 日发布

三、Java 21新特性和改进

3.1 正式功能

• 虚拟线程 （Virtual Threads）

• 顺序集合（Sequenced Collections)

• 记录类型的模式（Record Patterns）

• switch 的模式匹配（Pattern Matching for switch）

• 分代式 ZGC （Generational ZGC）

• 废弃 Windows 32 位版本（Deprecate the Windows 32-bit x86 Port for Removal）

• 准备禁止动态加载代理（Prepare to Disallow the Dynamic Loading of Agents）

• 密钥封装机制API（Key Encapsulation Mechanism API）

3.2 预览功能

• 未命名类和实例 main 方法（Unnamed Classes and Instance Main Methods）

• 字符串模板 （String Templates）

• 未命名模式和变量 （Unnamed Patterns and Variables）

• 外部方法和内存 API （Foreign Function & Memory API）

• 结构化并发（Structured Concurrency ）

• 作用域值（Scoped Values）

3.3 孵化功能

• 向量 API （Vector API）

3.4 试验功能

• 分代式 Shenandoah（Generational Shenandoah）

四、功能说明

4.1 虚拟线程

• 虚拟线程会改变 Java 的多线程编程。虚拟线程会成为 Java 21 的杀手锏功能，促使更多用户升级到 Java 21。

4.2 顺序集合

• 顺序集合中的元素有确定的出现顺序（encounter order）。Java 21 新增了与顺序集合相关的接口，统一了与顺序集合相关的操作，包括获取第一个和最后一个元素，在集合的头部和尾部插入和删除元素，以及逆序遍历集合等。

• 新增的顺序集合相关的接口包括 SequencedCollection、SequencedSet 和 SequencedMap。Java 集合框架中的已有类也进行了调整。

4.3 switch 的模式匹配

• 增强 Java 中的 switch 表达式和语句，允许在 case 标签中使用模式。当模式匹配时，执行 case 标签对应的代码。

4.4 分代式 ZGC

• 增强 Z 垃圾回收器（ZGC）来支持不同的世代。年轻和年老的对象分别存放在不同的世代中，使得年轻的对象可以更加频繁的被回收。

4.5 废弃 Windows 32 位版本

• 废弃 Windows 32 位 x86 版本，将在以后的 OpenJDK 版本中删除。

• Windows 10，支持 32 位的最后一个 Windows 操作系统，将在2025年10月终止。结束对 Windows 32位 x86 版本的支持，可以把精力转移到更加重要的事情上。

• 虚拟线程在 Windows 32 位 x86 版本的实现回退到了使用内核线程，没办法享受到 Loom 项目带来的好处。

4.6 未命名类和实例 main 方法

• 该 JEP 的目标是简化 Java 的入口类。一直以来，Java 的入口类的 main 方法的声明有着很严格的要求，必须是 public static void main(String[] args)。对于 Java 初学者来说，这个 main 方法的声明引入了太多的 Java 语法概念，不利于初学者快速上手。

• 在经过简化之后，不再对 main 方法的声明进行严格的限制，而是允许多种声明方式。

• 未命名类允许省略外层的 Java 类声明，直接把 main 方法作为顶层元素，写在 Java 源代码文件中。main 方法所依赖的其他方法和字段，也同样作为顶层元素。Java 编译器会自动生成一个匿名类，并调用其中的 main 方法。

4.7 字符串模板

• 字符串模板是 Java 一直以来缺少的功能。Java 21 的字符串模板是一个通用的实现，可以把任何字符串转换成任意类型的对象。

• 字符串模板的实现由两个部分组成，分别是 StringTemplate 表示的模板，以及 StringTemplate.Processor 表示的模板处理器。StringTemplate 表示的模板中包含需要求值的表达式，如 \{name} 表示获取 name 的值。

• Java 内置提供了几个模板处理器的实现。STR 用来对包含表达式的字符串模板进行求值。

• FMT 可以进行格式化，使用的是 java.util.Formatter 支持的语法。

• RAW 生成一个不对字符串做任何处理的 StringTemplate 对象。

• 可以创建自定义的字符串模板处理器来生成非 String 类型的对象。

4.8 未命名模式和变量

• 下划线终于来了。可以使用下划线表示未命名的变量，以及模式匹配时不使用的组件。

• 未命名变量的典型场景是 try-with-resources 语句和 catch 子句中的异常变量。

• 未命名模式是一个无条件的模式，并不绑定任何值。未命名模式变量出现在类型模式中。

4.9 外部方法和内存 API

• 外部方法和内存 API提供了一种新的方式来与 Java 运行时之外的代码和数据来进行互操作。该 API 可以高效调用外部方法，并安全访问外部内存。该 API 用来替代 JNI。

4.10 矢量 API

• Vector API 是 OpenJDK 中 Panama 项目的一部分。Vector API 的作用是描述矢量计算，并在运行时编译成 CPU 架构上的矢量计算指令。

• 矢量是一组标量值的序列。标量值的数量取决于硬件定义的 vector lane 的数量。在对两个矢量进行计算时，会在每条 lane 上对两个矢量相应的标量值进行计算。通过并行计算，两个矢量计算的速度与单个标量值的计算速度是相同的，极大地提高了计算速度。这被称为 SIMD（Single Instruction Multiple Data），单指令多数据。

• HotSpot 虚拟机已经支持自动的矢量化，但是存在很大的局限性，开发人员难以有效的利用。Vector API 提供了一种方式来编写复杂的矢量算法。虽然底层仍然使用的是 HotSpot 的自动矢量化，但是矢量化的结果更加可靠。

4.11 分代式 Shenandoah

• 为垃圾回收器 Shenandoah 增加了分代式支持。

五、其他版本特性

5.1 Java 8 (2014年3月发布) LTS长期维护，延长公共维护结束时间：2030年12月

• Lambda 表达式、方法引用和函数接口，用于更简洁和灵活的编程。

• 新的日期/时间 API，提供了更好的 API 设计和性能。

• PermGen 空间被移除，取而代之的是 Metaspace 内存区域。

• 并行数组支持。

• Nashorn JavaScript 引擎。

5.2 Java 9 (2017年9月发布)

• 模块系统，提供了更好的组件化和可靠性。

• 改进的 Javadoc，包括搜索、注释等功能。

• 改进的 HTTP/2 客户端。

• 集合工厂方法，简化了集合的创建。

• Reactive Streams API，用于响应式编程。

• 私有接口方法，允许默认方法和静态方法直接访问。

• JShell，交互式 Java REPL 工具。

5.3 Java 10 (2018年3月发布)

• var 局部变量类型推断，允许声明变量时不必显式指定类型。

• 改进的 G1 垃圾收集器，增强了吞吐量和 GC 时间预测。

• 支持 Unicode 10。

• 应用类数据共享（Application Class-Data Sharing）。

5.4 Java 11 (2018年9月发布) LTS长期维护，公共维护结束时间:2026年9月

• HTTP 客户端标准化，替换了不稳定的 HttpURLConnection API。

• 改进的 ZGC 垃圾收集器，支持大内存和低延迟应用场景。

• Epsilon 垃圾收集器，用于短暂测试和性能调优。

• 序列化过滤器，提供了更好的安全性。

• 支持 Unicode 10.0.0。

5.5 Java 12 (2019年3月发布)

• Shenandoah 垃圾收集器，用于大型堆内存。

• 新的 Switch 表达式语法，可以更方便地编写条件语句。

• 改进的 G1 垃圾收集器，增强了吞吐量和 GC 时间预测。

• Microbenchmark Suite，用于精确测量代码性能。

5.6 Java 13 (2019年9月发布)

• Text Block，一种新的 String 文本块语法。

• ZGC 和 Shenandoah 垃圾收集器增强。

• 改进的 Switch 表达式语法。

• Dynamic CDS Archives，缩短了应用程序启动时间。

• 支持 Unicode 12.0.0。

5.7 Java 14 (2020年3月发布)

• Records，一种新的类声明语法，用于声明数据模型。

• Pattern Matching for instanceof，增强了类型模式匹配。

• NUMA-Aware Memory Allocation，提高了 JVM 的性能和伸缩性。

• 支持 Unicode 12.1。

5.8 Java 15 (2020年9月发布)

• Text Blocks 增强，包括更好的换行支持和缩进控制。

• Sealed Classes，用于定义受限制的类继承层次关系。

• Hidden Classes，用于隐藏类的实现细节。

• 支持 Unicode 13.0.0。

5.9 Java 16 (2021年3月发布)

• Records 增强，包括继承、泛型类型和属性的支持。

• Pattern Matching for instanceof 和 Switch 表达式增强。

• Vector API，用于支持高性能向量运算。

• JEP 390，取消了警告消息。

5.10 Java 17 (2021年9月发布) LTS长期维护，公共维护结束时间:2029年9月

• 原生嵌套（Native Support for Nested Based Access Control），用于在一个类中嵌套另一个类。

• Sealed Class 和 Hidden Class 增强。

• 支持嵌套开发环境 API。

• FFI（Foreign Function Interface），用于通过本地语言调用本地代码。

• 安全加密随机数生成器。

5.11 Java 18 (2022年3月发布)

• 默认 UTF-8 字符编码

• 简单的 Web 服务器 jwebserver

• Javadoc 中支持代码片段

• 使用方法句柄重新实现反射核心功能

• 互联网地址解析 SPI

• Vector API

• Foreign Function & Memory API

5.12 Java 19 (2022年9月发布)

• 将 JDK 移植到 Linux/RISC-V 平台

• 记录模式 (Record Patterns) 

• 外部函数和内存 API (Foreign Function & Memory API) 

• 虚拟线程 (Virtual Threads) 

• 向量 API (Vector API) 

• switch 模式匹配 (Pattern Matching for switch) 

• 结构化并发 (Structured Concurrency) 

5.13 Java 20 (2023年3月发布)

• 作用域值（Scoped Values）

• 记录模式（Record Patterns）

• switch 模式匹配（Pattern Matching for switch）

• 外部函数和内存 API（Foreign Function & Memory API）

• 虚拟线程（Virtual Threads）

• 结构化并发（Structured Concurrency）

• 向量 API（Vector API）