JDK 21新特性详解

JDK 21新特性详解：现代Java开发的重大更新

Java开发工具包(JDK)21作为最新的长期支持(LTS)版本，于2023年9月发布，带来了许多令人兴奋的新特性。作为Java开发者，了解这些新功能对于保持技术竞争力至关重要。本文将详细介绍JDK 21中最值得关注的新特性。

一、虚拟线程（Virtual Threads） - JEP 444

虚拟线程是JDK 21中最引人注目的特性之一，它旨在显著简化高吞吐量并发应用程序的编写。

// 创建虚拟线程的简单示例
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    IntStream.range(0, 10_000).forEach(i -> {
        executor.submit(() -> {
            Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
            return i;
        });
    });
}

主要特点：

• 轻量级线程，由JVM管理而非操作系统
• 与传统线程相比，创建和切换成本极低
• 与现有Java代码兼容，无需修改即可使用
• 适合处理大量并发任务，如Web服务器请求

二、序列集合（Sequenced Collections） - JEP 431

JDK 21引入了新的接口来明确表示具有定义顺序的集合。

// 序列集合示例
SequencedCollection<String> sequencedCollection = new LinkedHashSet<>();
sequencedCollection.addFirst("First");
sequencedCollection.addLast("Last");

// 获取第一个和最后一个元素
String first = sequencedCollection.getFirst();
String last = sequencedCollection.getLast();

新增接口：

• SequencedCollection - 定义顺序的集合
• SequencedSet - 定义顺序的集合，不允许重复
• SequencedMap - 定义顺序的键值对集合

三、字符串模板（String Templates）预览 - JEP 430

字符串模板简化了字符串插值和复杂字符串的构建过程。

// 字符串模板示例
String name = "John";
int age = 30;
String info = STR."My name is \{name} and I'm \{age} years old";

特点：

• 使用\{expression}语法嵌入表达式
• 通过STR模板处理器执行
• 可自定义模板处理器实现不同功能
• 比字符串拼接更安全、更易读

四、记录模式（Record Patterns） - JEP 440

记录模式扩展了模式匹配功能，可以解构记录类的实例。

// 记录模式示例
record Point(int x, int y) {}

static void printSum(Object obj) {
    if (obj instanceof Point(int x, int y)) {
        System.out.println(x + y);
    }
}

优势：

• 简化数据导航和处理
• 可与类型模式和switch表达式结合使用
• 使代码更简洁、更具表现力

五、模式匹配switch语句（Pattern Matching for switch） - JEP 441

JDK 21完成了模式匹配switch语句的功能，使其成为正式特性。

// 模式匹配switch示例
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();
    };
}

特点：

• 支持类型模式、空值匹配
• 更简洁的语法
• 编译器会检查模式是否完整

六、分代ZGC（Generational ZGC） - JEP 439

ZGC垃圾收集器现在支持分代收集，提高了性能。

改进：

• 减少垃圾收集开销
• 降低内存占用
• 保持ZGC的低延迟特性

七、外部函数与内存API（Foreign Function & Memory API） - JEP 442

此API提供了与本地代码和内存交互的更安全、更高效方式。

// 外部函数示例
Linker linker = Linker.nativeLinker();
SymbolLookup stdlib = linker.defaultLookup();
MethodHandle strlen = linker.downcallHandle(
    stdlib.find("strlen").orElseThrow(),
    FunctionDescriptor.of(JAVA_LONG, ADDRESS)
);

优势：

• 替代不安全的JNI
• 更好的性能
• 更安全的内存访问

八、其他重要更新

1. 密钥封装机制API（Key Encapsulation Mechanism API） - JEP 452
2. 未命名变量和模式（Unnamed Variables & Patterns） - JEP 443
3. **未命名类和实例main方法（Unnamed Classes and Instance Main Methods）**预览 - JEP 445

总结

JDK 21作为最新的LTS版本，带来了许多改进Java开发体验的重要特性。虚拟线程有望彻底改变Java并发编程方式，而记录模式、字符串模板等特性则使Java语言更加现代化。这些变化使Java在保持稳定性的同时，继续适应现代软件开发的需求。