八个从Java 11到Java17中的功能提升

一、为什么要从Java 11迁移？

尽管Java 11是一个长期支持版本，且被广泛应用于许多应用程序中，但这里有些重要的理由需要考虑迁移到Java 17：8

• 对Java 11的支持将结束：Java 11的官方支持将持续到2023年9月，并提供扩展支持直至2026年9月。这意味着在支持结束后，我们将不能再获得任何补丁（甚至是安全补丁）。
• Spring 6：最新的Spring版本Spring 6需要Java 17才能正常运行，而且许多与Spring配套使用的库也将迁移到Java 17。如果你的应用程序依赖于Spring框架，那么应该考虑迁移到Java 17。
• Java 17提供免费的Oracle JDK：Java 17采用了新的NFTC（Oracle免费条款和条件）许可证，可以在生产环境和商业用途中免费使用Oracle JDK。相比之下，Java 11不允许在这些情况下免费使用Oracle JDK。

二、Java 17有什么新功能？

Java 17引入了一些改进和新功能，这些功能将得到长期支持。

1. 文本块

Java引入了文本块功能，这使代码更易读，并避免了不必要的字符串格式化操作。现在，我们可以将文本放在三引号之间，并在其中包含多个双引号字符串，而无需使用转义字符。下面是一个示例：

private static void jsonBlock() {
    String text = """
            {
              "name": "John Doe",
              "age": 45,
              "address": "Doe Street, 23, Java Town"
            }
          """;
    System.out.println(text);
}

正如所看到的，这样可以很容易地编写需要大量使用转义字符的Json和类似的字符串。

此外，结尾的三个双引号表示文本块的开始或其在输出中的缩进。在上面的示例中，输出中每行的位置都比最后一个字符后面的双引号向后两个空格。

引入了两个新的转义字符，'s'用于添加空格，'n'用于删除换行符。在编写长SQL语句时特别有用。

private static void sqlStatement() {
    String sql = """
    SELECT id, firstName, lastNames
    FROM Employee
    WHERE departmentId = "IT" 
    ORDER BY lastName, firstName""";
    System.out.println(text);
}

2. 改进的Switch语句

在Java 17中，对Switch语句进行了进一步的改进，可以解决忘记写break关键字导致的bug问题。

Switch表达式是一种更灵活的Switch语法形式，在每个case块中可以返回一个值，并且可以在赋值等操作中使用这些返回值。它使用箭头符号（->）代替冒号（:）来表示返回的表达式。

在此表达式中，当使用switch返回时，不需要使用break关键字来终止每个case块，但是需要使用default case。

这种改进使得Switch语句更加简洁和易读，并且减少了由于忘记写break而导致的错误。

private static void improvedSwitch(Fruit fruit) {
    String text = switch (fruit) {
        case APPLE, PEAR -> {
            System.out.println("the given fruit was: " + fruit);
            yield "Common fruit";
        }
        case ORANGE, AVOCADO -> "Exotic fruit";
        default -> "Undefined fruit";
    };
    System.out.println(text);
}

如果在switch case中进行多个操作，我们可以使用case块，并使用yield关键字表示返回值。yield在这里是上下文相关的关键字，即在函数的其他地方可以有一个变量名yield。

3. 'record'类型

Record类是一种特殊的不可变类，旨在替代数据传输对象（DTO）。

通常情况下，如果我们想在类或方法中使用一些POJO（普通Java对象），我们需要声明该类，并定义所有的getters、setters、equals和hashCode函数。例如，在其他地方使用一个样例 Fruit 类，我们需要用以下方式定义类：

public class Fruit {
    private String name;
    private int price;

    //获取器和设置器方法、equals 和 hashcode 方法
}

尽管可以使用像 lombok 这样的库来减少大部分样板代码，但是如果借助 records，可以进一步减少代码量，无需依赖额外的库。

使用 records 后，相同的代码变为：

public static void doSomething() {
  record Fruit(String name, int price) {}
  Fruit fruit = new Fruit("Apple", 100);
  System.out.println(fruit.getPrice());
}

如我们所见，使用Record类甚至可以在方法内定义一个局部的record对象。这个record对象会自动为其所有字段生成getter、setter、equals和hashCode方法。

Record中的字段是不可变的，只能通过在声明record时提供的参数进行定义。但我们可以定义静态变量。我们还可以定义一个自定义构造函数来验证字段。建议不要重写record的getter和setter，否则会影响其不可变性。

下面是一个具有多个构造函数、静态变量和方法的 record 的示例：

public record Employee(int id, String firstName,
                       String lastName)
{

   static int empToken;

    // 紧凑构造函数
    public Employee
    {
        if (id < 100) {
            throw new IllegalArgumentException(
                "Employee Id cannot be below 100.");
        }
        if (firstName.length() < 2) {
            throw new IllegalArgumentException(
                "First name must be 2 characters or more.");
        }
    }

    
    // 另一种构造函数
    public Employee(int id, String firstName)
    {
        this(id, firstName, null);
    }

    // 实例方法
    public void getFullName()
    {
        if (lastName == null)
            System.out.println(firstName());

        else
            System.out.println(firstName() + " "
                               + lastName());
    }

    // 静态方法
    public static int generateEmployeeToken()
    {
        return ++empToken;
    }
}

record 类的更多特性还包括：

• 可以在 record 中使用嵌套类和接口。
• 可以嵌套记录，嵌套记录将自动成为静态的。
• 记录可以实现接口。
• 可以创建泛型记录类。
• 记录可序列化。

4. 'sealed' 类

sealed 类为我们提供了更多对扩展类的控制权。

在 Java 11 中，类可以是 final 或可扩展的。如果您想控制哪些类可以扩展您的超类，可以将所有类放在同一个包中，并将超类设为包可见性。然而，从包外部无法访问超类。例如，看下面的代码：

public abstract class Fruit {
}
public final class Apple extends Fruit {
}
public final class Pear extends Fruit {
}

private static void problemSpace() {
    Apple apple = new Apple();
    Pear pear = new Pear();
    Fruit fruit = apple;
    class Avocado extends Fruit {};
}

在这里，我们无法阻止 Avocado 扩展 Fruit 类。如果我们将 Fruit 类设置为默认访问级别，那么将无法把 apple 分配给 fruit 对象。

Java 17 引入sealed 类新特性，用于限制类的继承层级。通过使用 sealed 关键字，可以控制哪些类可以扩展或实现一个特定的父类或接口，只允许特定的类扩展我们的超类。以下是一个示例：

public abstract sealed class FruitSealed permits AppleSealed, PearSealed {
}
public non-sealed class AppleSealed extends FruitSealed {
}
public final class PearSealed extends FruitSealed {
}

如我们所见，这里使用了一个新的关键字 sealed 来表示这是一个 sealed 类。使用 permits 关键字定义可以扩展的类。任何扩展 sealed 类的类都可以是 final 类，如 PearSealed，或者可以在声明类时使用 non-sealed 关键扩展的其他类，比如 AppleSealed。

这种实现允许将 AppleSealed 分配给 FruitSealed 类，但不允许 permits 关键字未定义的其他类扩展 FruitSealed 类。

5. 使用 'instanceof' 的模式匹配

在 Java 11 中，我们通常使用 instanceof 运算符来检查一个对象是否属于某个类。如果我们希望在 instance of 检查返回 true 后对其进行某些操作，需要显式将对象转换为该特定类。以下是一个示例：

private static void oldStyle() {
    Object o = new Grape(Color.BLUE, 2);
    if (o instanceof GrapeClass) {
        Grape grape = (Grape) o;
        System.out.println("This grape has " + grape.getPits() + " pits.");
    }
}

在这里，我们需要显式将对象转换为 Grape 类型，然后找出核数。

使用 Java 17，可以将其更改为：

private static void patternMatchingInJava17() {
     Object o = new Grape(Color.BLUE, 2);
     if (o instanceof Grape grape) {
         System.out.println("This grape has " + grape.getPits() + " pits.");
     }
}

可以将 instance of 检查与 &&（and）条件配对使用，但不能使用 ||（or）条件。因为如果是“or”条件，即使 instance of 检查返回 false，语句也可能达到另一个条件。

如果 instance of 检查返回 true，变量 grape 的作用域甚至可以超出 if 块。在下面的示例中，如果对象不是 Grape 类型，将抛出 RuntimeException 异常，因此编译器在达到打印语句时会确保 grape 对象存在。

private static void patternMatchingScopeException() {
    Object o = new Grape(Color.BLUE, 2);
    if (!(o instanceof  Grape grape)) {
        throw new RuntimeException();
    }
    System.out.println("This grape has " + grape.getPits() + " pits.");
}

6. 有用的空指针异常（NullPointerException）

在Java 11中，当遇到空指针异常时，我们只能得到异常发生的行号，但无法得知导致空指针异常的方法或变量。

在Java 17中，错误消息得到了改进，空指针异常的消息会告诉我们导致空指针异常的具体方法调用。

public static void main(String[] args) {
    HashMap grapes = new HashMap();
    grapes.put("grape1", new GrapeClass(Color.BLUE, 2));
    grapes.put("grape2", new GrapeClass(Color.WHITE, 4));
    grapes.put("grape3", null);
    var color = ((Grape) grapes.get("grape3")).getColor();
}

正如所看到的，这里试图获取一个为null的"grape3"对象的颜色。当我们比较在Java 11和Java 17中获得的错误消息时，我们可以看到错误消息的差异，现在我们确切地知道在map中对null对象调用get方法导致了异常。

// Java 11
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
        at com.rg.java17.HelpfulNullPointerExceptions.main(HelpfulNullPointerExceptions.java:13)

// Java 17
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "com.rg.java17.Grape.getColor()" because the return value of "java.util.HashMap.get(Object)" is null
    at com.rg.java17.HelpfulNullPointerExceptions.main(HelpfulNullPointerExceptions.java:13)

三、更多改进

1. 支持紧凑型数字格式化

在NumberFormat类中添加了一个工厂方法，用于根据Unicode标准以紧凑、人类可读的形式格式化数字。有SHORT和LONG两种格式可用，示例如下：

NumberFormat shortFormat = NumberFormat.getCompactNumberInstance(Locale.ENGLISH, NumberFormat.Style.SHORT);
System.out.println(shortFormat.format(1000))

NumberFormat longFormat = NumberFormat.getCompactNumberInstance(Locale.ENGLISH, NumberFormat.Style.LONG);
System.out.println(shortFormat.format(1000))
// 输出
1K
1 thousand

2. 新增日周期支持

在DateTime模式中添加了一个新的模式"B"，用于指定一天中的时间。

DateTimeFormatter timeOfDayFormatter = DateTimeFormatter.ofPattern("B");
System.out.println(timeOfDayFormatter.format(LocalTime.of(8, 0)));
System.out.println(timeOfDayFormatter.format(LocalTime.of(13, 0)));
System.out.println(timeOfDayFormatter.format(LocalTime.of(20, 0)));
System.out.println(timeOfDayFormatter.format(LocalTime.of(23, 0)));
System.out.println(timeOfDayFormatter.format(LocalTime.of(0, 0)));
// 输出
早上
下午
晚上
夜间
午夜

3. 性能基准测试

在内存使用和时间复杂度方面，Java 17相对于Java 11也有所改进。其中进行了一项基准测试，对两个版本的代码进行性能测试，让它们执行一系列任务。

一些总体结果如下：

• 对于G1GC（默认垃圾收集器），Java 17比Java 11快8.66%，比Java 16快2.41%。
• 对于ParallelGC（并行垃圾收集器），Java 17比Java 11快6.54%，比Java 16快0.37%。
• 并行垃圾收集器（Java 17可用）比G1垃圾收集器（Java 11使用的垃圾收集器）快16.39%。

从Java 11迁移到Java 17可带来多项好处，包括新功能和性能改进。然而，在迁移过程中需要注意潜在的问题。许多库也会升级到支持Java 17的新版本，因此在使用外部库时需要谨慎。通过了解可能出现的问题并采取必要的步骤解决，可以确保您顺利地迁移到Java 17。