Java9至Java17版本新特性

大兄弟们，周五了，赶紧看篇文章摸会鱼，帮忙对文章提提意见

本文依赖 openjdk 官方文档以及博客《Java8+特性知识体系详解》对JDK9对JDK17的新特性进行了整理。我在此文中主要是将一些晦涩的特性说明，进行了一些资料查证，转换为易懂的说明，同时增添一些测试用例帮助理解。此文能帮助你对新特性有个初入门的了解，具体的还需要亲身验证学习深入
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前言

2017年9月后，Java 发布了 Java9 版本，至2023年9月，已经累计发布了13 个版本，对比 Java8 之前几年一个版本的迭代周期，这个发布速度无疑加快了很多。

另外在2023年4月20日，New Relic 最新发布了一份 “2023 年 Java 生态系统状况报告”。报告中显示 56% 的应用程序在生产中使用了 Java11 版本（高于2022年的 48% 与 2020年的 11% ），Java8 紧随其后，采用比例为33%（低于2022年的 46%）。

2023年，尽管 Java8 与 Java11 的采用率合计达到了 89%，但是 Java17 的的采用率却表现的足够亮眼，远远超过了Java11 出现时的情形，Java17 的采用率达到了 9% （较去年的不到1%，提升了8%）。

基于此，本次分享介绍下Java的版本更新周期以及 Java9 至 Java17 版本新特性。

图-1：“2023 年 Java 生态系统状况报告”中近几年的 Java 版本使用情况

Java版本说明

从Java9开始，Java改变了之前以功能特性为导向的发布周期。而是转为固定时间间隔的火车发布模式（Release Train）。火车定时发车，赶不上这次车的乘客，就只能等下一班火车。Java的固定发布时间是每年的3月和9月。除了每年定期的两个版本之外，Java还引入了LTS（Long Term Support） 版本的概念。LTS表示长期支持版本，Ubuntu和NodeJS都有类似的概念。目前Java 8、Java 11、Java17是LTS版本。除了LTS版本之外的其他版本，都认为是在上一个LTS版本之上的小的功能改进。

两次发布的间隔只有6个月。对于一些改动比较大的功能来说，6个月的时间有些短了。因此，Java引入了预览功能的概念。一些改动会以预览功能的形式在某个版本加入，并在后续的版本中不断的更新，直到成为正式功能。当一个新功能在 Java 版本N中推出之后，就可以由开发人员来试用，并提供反馈。根据反馈的结果，该功能可以继续 Java 版本N+1中预览，直到 Java 版本 N+2 中稳定下来。比如，Record 记录类型，最早在 Java 14 中以预览功能的形式引入，经过 Java 15 的再次预览，在 Java 16 中成为正式功能。

不同的Java发行版本

另外一个常见的困惑是为什么 Java 有这么多的发行版本，除了 OpenJDK 之外，还有 AdoptOpenJDK ？这其实也和 Java 版本更新方式的变化有关。

OpenJDK是一个开源项目，源代码就在GitHub上。但是对一般用户来说，需要的不是源代码，而是可以直接运行的二进制包。这就需要有相应的基础设施，负责对OpenJDK的构建，运行自动化测试，以及提供下载等。这些成本一直都是Oracle在承担。出于一些原因，Oracle不再提供对OpenJDK的LTS版本的安全更新支持。Oracle对OpenJDK的发布版本只提供6个月的支持，也就是到下一个版本发布为止。这6个月的支持包括两个按季度的安全更新。以 Java15 为例，只有最初发布的 15 版本，以及后续的两个安全更新版本 15.0.1 和 15.0.2。之后就不再有 15 版本的更新。如果要获取更新，只能升级到 Java 16。对于非LTS版本来说，这样还算合理。但是对LTS版本来说，不提供持续的安全更新是很大的问题。要获取更新，必须使用Oracle JDK。Oracle JDK 对个人用户是免费的，对商业用户是收费的。绝大多数人是不想掏钱的。因此，有很多的社区和公司就承担了提供LTS版本的更新的职责，就形成了非常多的Java发行版本。

火车发布模式的优缺点

优点：

缺点：

总结：

在 JDK版本的选择上，如果是学习目的，那么无脑最新版。如果是生产需要，尽量选择长期维护的版本，不要使用最新版本的。因为新版本的 JDK，新功能没有经过生产环境的验证，如果想成为第一个吃螃蟹的人，一定要三思而后行。

Java 9

Jigsaw 模块系统

什么是模块系统？官方的定义是 A uniquely named, reusable group of related packages, as well as resources (such as images and XML files) and a module descriptor.

模块的载体是 jar 文件，一个模块就是一个 jar 文件，但相比于传统的 jar 文件，模块的根目录下多了一个 module-info.java 文件，即 module descriptor。 module descriptor 包含以下信息：

• 模块名称
• 依赖哪些模块
• 导出模块内的哪些包（允许直接 import 使用）
• 开放模块内的哪些包（允许通过 Java 反射访问）
• 提供哪些服务
• 依赖哪些服务

图-2：Java9 module

Jigsaw 模块系统使用示例：

项目A中 module-info.java:

    // 模块A 对外暴露了包org.a.example.a1与org.a.example.a2路径的类， 其中org.a.example.a2包指定仅能模块B可用
    module A {
        exports org.a.example.a2; // 模块 A 对外暴露org.a.example.a2中的内容
        exports org.a.example.a1 to B; // 模块 A 仅对模块 B 暴露org.a.example.a1中的内容
    }

项目B中 module-info.java：

    // 模块B依赖模块A，能使用 org.a.example.a1 与 org.a.example.a2 下的类
    module B {
        requires A;
    }

项目C中 module-info.java：

    // 模块C依赖模块A，其只能使用包org.a.example.a2下的类
    module C {
        requires A;
    }

图-3 模块系统使用示例

模块系统的优点：

1、原生的依赖管理。有了模块系统，Java 可以根据 module descriptor 计算出各个模块间的依赖关系，具有了在编译期和执行期加以识别模块之间依赖项的能力。系统可以通过这些依赖项确保所有模块的子集合能满足程序的需求

2、精简 JRE 。引入模块系统之后，JDK 自身被划分为 94 个模块。通过 Java 9 新增的 jlink 工具，开发者可以根据实际应用场景随意组合这些模块，去除不需要的模块，生成自定义 JRE，从而有效缩小 JRE 大小。得益于此，JRE 11 的大小仅为 JRE 8 的 53%，从 218.4 MB缩减为 116.3 MB，JRE 中广为诟病的巨型 jar 文件 rt.jar 也被移除。更小的 JRE 意味着更少的内存占用，这让 Java 对嵌入式应用开发变得更友好。

图-4：Modular JDK

3、更好的兼容性。自打 Java 出生以来，就只有 4 种包可见性，这让 Java 对面向对象的三大特征之一封装的支持大打折扣。Java 9 之后，利用 module descriptor 中的 exports 关键词，模块维护者就精准控制哪些类可以对外开放使用，哪些类只能内部使用，换句话说就是不再依赖文档，而是由编译器来保证。

图-5：Java可访问级别

4、提升 Java 语言开发效率。Java 9 之后，JDK 被拆分为 94 个模块，每个模块有清晰的边界和独立的单元测试，对于每个 Java 语言的开发者而言，每个人只需要关注其所负责的模块，开发效率因此大幅提升。

String 优化

JDK9 之前的库的 String 类的实现使用了 char 数组来存放字符串，char 占用16位，即两字节。而在Java 9中，String类引入了一种称为"Compact Strings"的新实现方式，将字符串的表示方式从char数组改为byte数组，根据情况使用Latin1编码将Unicode字符映射到一个或两个字节的表示。这种实现方式可以大大减少内存使用，尤其是对于包含大量ASCII字符的字符串。

图-6：Java字符串结构变化

Latin1编码在ASCII字符集的基础上进行了扩展，它使用单字节编码方式，也就是说最多只能表示256个字母或符号，并且前128个和ASCII完全吻合。Latin1编码保存字符串示例如下：

图-7：Java9 不同编码格式下保存字符串 abcd 示例

Java9中对于符合 Latin1 编码的字符，会使用 byte 数组进行保存，并且标记编码格式coder为LATIN1。

Java9字符串保存逻辑源码如下：

        /*
         * Package private constructor. Trailing Void argument is there for
         * disambiguating it against other (public) constructors.
         *
         * Stores the char[] value into a byte[] that each byte represents
         * the8 low-order bits of the corresponding character, if the char[]
         * contains only latin1 character. Or a byte[] that stores all
         * characters in their byte sequences defined by the {@code StringUTF16}.
         */
        String(char[] value, int off, int len, Void sig) {
            if (len == 0) {
                this.value = "".value;
                this.coder = "".coder;
                return;
            }
            if (COMPACT_STRINGS) { // 判断能否使用 Latin1 编码保存字符串 
                byte[] val = StringUTF16.compress(value, off, len);
                if (val != null) {
                    this.value = val;
                    this.coder = LATIN1;
                    return;
                }
            }
            this.coder = UTF16;
            this.value = StringUTF16.toBytes(value, off, len);
        }

JShell REPL

JShell 是 Java 9 新增的一个交互式的编程环境工具。它允许你无需使用类或者方法包装来执行 Java 语句。它与 Python 的解释器类似，可以直接输入表达式并查看其执行结果。

图-8 JShell REPL 使用示例

集合、Stream 和 Optional

• 集合

  • 不可变集合 ：List.of()、Set.of()、Map.of()、Map.ofEntries() 等方法

• Stream

  • takeWhile：default Stream takeWhile(Predicate