聊聊 Java 19 新功能,你学会了吗?

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​Java 19 在2022 年 9 月 20 日正式发布,Java 19 不是一个长期支持版本,直到 2023 年 3 月它将被 JDK 20 取代,这次更新共带来 7 个新功能。

➜  bin ./java -version
openjdk version "19" 2022-09-20
OpenJDK Runtime Environment (build 19+36-2238)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 19+36-2238, mixed mode, sharing)

OpenJDK Java 19 下载:https://jdk.java.net/19/

OpenJDK Java 19 文档:https://openjdk.java.net/projects/jdk/19/

Java 19 带来的 7 个新特性:

JEP

描述

405

Record 模式匹配 (Preview)

425

虚拟线程 (预览)

427

Switch 模式匹配 (三次预览)

422

Linux/RISC-V Port

426

Vector API (四次孵化)

424

外部函数 & 内存 API (Preview)

428

Structured Concurrency (Incubator)

Java 19 新功能介绍是 Java 新特性系列文章中的一部分。系列详情可以浏览:https://www.wdbyte.com/java-feature/

JEP 405: Record 模式匹配(预览)

record​ 是一种全新的类型,它本质上是一个 final​ 类,同时所有的属性都是 final​ 修饰,它会自动编译出 public get hashcode​ 、equals、toString 等方法,减少了代码编写量。Record 在 Java 14 中被提出,在 Java 15 中二次预览,在 Java 16 中正式发布。

示例:编写一个 Dog record 类,定义 name 和 age 属性。

package com.wdbyte;

public record Dog(String name, Integer age) {
}

Record 的使用。

package com.wdbyte;

public class Java14Record {

    public static void main(String[] args) {
        Dog dog1 = new Dog("牧羊犬", 1);
        Dog dog2 = new Dog("田园犬", 2);
        Dog dog3 = new Dog("哈士奇", 3);
        System.out.println(dog1);
        System.out.println(dog2);
        System.out.println(dog3);
    }
}

输出结果:

Dog[name=牧羊犬, age=1]
Dog[name=田园犬, age=2]
Dog[name=哈士奇, age=3]

在 Java 19 中,为 Record 带来了增强的模式匹配,在使用 instanceof 后,可以进行类型转换。

public class RecordTest {
    public static void main(String[] args) {
        Object dog1 = new Dog("牧羊犬", 1);
        if(dog1 instanceof Dog dogTemp){
            System.out.println(dogTemp.name());
         }
    }
}
record Dog( String name, Integer age ){
}

甚至可以在使用 instanceof​ 时直接得到 Record 中的变量引用。

public class RecordTest2 {

    public static void main(String[] args) {
        Object dog1 = new Dog("牧羊犬", 1);
        if(dog1 instanceof Dog(String name,Integer age)){
            System.out.println(name+":"+age);

         }
    }
}

record Dog( String name, Integer age ){
}

扩展:

Java 14 instanceof 类型推断

Java 16 Record 介绍

JEP 425: 虚拟线程 (预览)

很实用的一个新特性,从 Java 19 开始逐步的引入虚拟线程,虚拟线程是轻量级的线程,可以在显著的减少代码的编写,提高可维护性的同时提高系统的吞吐量。

引入的原因

一直以来,在 Java 并发编程中,Thread 都是十分重要的一部分,Thread 是 Java 中的并发单元,每个 Thread 线程都提供了一个堆栈来存储局部变量和方法调用,以及线程上下文等相关信息。

但问题是线程和进程一样,都是一项昂贵的资源,JDK 将 Thread 线程实现为操作系统线程的包装器,也就是说成本很高,而且数量有限。也因此我们会使用线程池来管理线程,同时限制线程的数量。比如常用的 Tomcat 会为每次请求单独使用一个线程进行请求处理,同时限制处理请求的线程数量以防止线程过多而崩溃;这很有可能在 CPU 或网络连接没有耗尽之前,线程数量已经耗尽,从而限制了 web 服务的吞吐量。

看到这里你可能要说了,可以放弃请求和线程一一对应的方式啊,使用异步编程来解决这个问题,把请求处理分段,在组合成顺序管道,通过一套 API 进行管理,这样就可以使用有限的线程来处理超过线程数量的请求。这当然也是可以的,但是随之而来的问题是:

  • 需要额外的学习异步编程。
  • 代码复杂度增加,等于放弃了语言的基本顺序组合运算。
  • 堆栈上下文信息都变得难以追踪。
  • Debug 困难。
  • 和 Java 平台本身的编程风格有冲突,Java 并发单元是 Thread,而这时是异步管道。

虚拟线程

基于上面的种种原因,Java 19 引入了虚拟线程,在使用体验上和 Thread 没有区别,与之前的 API 互相兼容,但是相比之下虚拟线程资源占用非常少,同时优化了硬件的使用效率,因此非常易用且不需要被池化。

下面是一个示例,创建 10 万个线程,然后都休眠 1 秒钟最后打印耗时,如果是开传统的 Thread 线程的方式,资源十分紧张;如果是线程池的方式,必定有部分线程在等待线程释放;但是使用虚拟线程的方式,可以瞬间完成。

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.stream.IntStream;

public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
            IntStream.range(0, 100_000).forEach(i -> {
                executor.submit(() -> {
                    Thread.sleep(1000);
                    return i;
                });
            });
        } 
        
        System.out.println("耗时:" + (System.currentTimeMillis() - start)+"ms");
    }
}

执行后发现 1.3 秒执行完毕,速度惊人。

➜  bin ./java --enable-preview --source 19  ThreadTest.java
注: ThreadTest.java 使用 Java SE 19 的预览功能。
注: 有关详细信息,请使用 -Xlint:preview 重新编译。
耗时:1309ms
➜  bin

注意:虚拟线程只是增加程序的吞吐量,并不能提高程序的处理速度。

JEP 427: switch 模式匹配 (三次预览)

Switch 模式匹配在 Java 17 中已经引入,在 Java 18 中二次预览,现在在 Java 19 中进行三次预览,功能和在 Java 18 新功能介绍 - Switch 中介绍的一样,改进后的 Switch 模式匹配可以代码更加简洁,逻辑更加清晰,下面是一些使用示例对比。

下面是几个例子:

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;
}

而在 Java 17 之后,可以通过下面的写法进行改进:

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();
    };
}

switch 可以和 null 进行结合判断:

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");
    }
}

case 时可以加入复杂表达式:

static void testTriangle(Shape s) {
    switch (s) {
        case Triangle t && (t.calculateArea() > 100) ->
            System.out.println("Large triangle");
        default ->
            System.out.println("A shape, possibly a small triangle");
    }
}

case 时可以进行类型判断:

sealed interface S permits A, B, C {}
final class A implements S {}
final class B implements S {}
record C(int i) implements S {}  // Implicitly final

static int testSealedExhaustive(S s) {
    return switch (s) {
        case A a -> 1;
        case B b -> 2;
        case C c -> 3;
    };
}

扩展:JEP 406:Switch 的类型匹配(预览)

JEP 422: Linux/RISC-V Port

RISC-V是一个免费和开源的 RISC 指令集架构 (ISA),实际上 RISC-V 是一系列相关的 ISA,现在 Java 19 开始对其进行支持。

JEP 424: 外部函数 & 内存 API (预览)

此功能引入的 API 允许 Java 开发者与 JVM 之外的代码和数据进行交互,通过调用外部函数(JVM之外)和安全的访问外部内存(非 JVM 管理),让 Java 程序可以调用本机库并处理本机数据,而不会像 JNI 一样存在很多安全风险。

这不是一个新功能,自 Java 14 就已经引入,此次对其进行了性能、通用性、安全性、易用性上的优化。

历史

  • Java 14JEP 370 引入了外部内存访问 API(孵化器)。
  • Java 15JEP 383引入了外部内存访问 API(第二孵化器)。
  • Java 16JEP 389引入了外部链接器 API(孵化器)。
  • Java 16JEP 393引入了外部内存访问 API(第三孵化器)。
  • Java 17JEP 412引入了外部函数和内存 API(孵化器)。
  • Java 18JEP 419引入了外部函数和内存 API(二次孵化器)。

其他更新

JEP 426: Vector API (四次孵化)

通过将在运行时可靠地编译为支持的 CPU 架构上的向量指令的向量计算表示,与等效的标量计算相比,实现了卓越的性能。此功能已经第四次孵化,在之前 Java 16 ~ Java 18 中都有介绍,这里不做赘述。

JEP 428: Structured Concurrency (孵化)

通过简化多线程编程并将在不同线程中运行的多个任务视为单个工作单元,简化错误处理和取消,提高可靠性并增强可观察性。