JDK 15 已发布,你所要知道的都在这里!

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发布于: 2020 年 09 月 19 日





JDK 15已经在2020年9月15日发布!详情见 JDK 15 官方计划。下面是对 JDK 15 所有新特性的详细解析!



官方计划



  • 2019/12/12 Rampdown Phase One (fork from main line)

  • 2020/06/11 Rampdown Phase One (fork from main line)

  • 2020/07/16 Rampdown Phase Two

  • 2020/08/06 Initial Release Candidate

  • 2020/08/20 Final Release Candidate

  • 2020/09/15 General Availability



特性预览



  • 339: 爱德华兹曲线数字签名算法(EdDSA)

  • 360: Sealed Classes (Preview)

  • 371: Hidden Classes

  • 372: 移除 Nashorn JavaScript 引擎

  • 373: 重新实现 DatagramSocket API

  • 374: 禁用偏向锁

  • 375: instanceof的模式匹配(Second Preview)

  • 377: ZGC: 可扩展的低延迟垃圾收集器

  • 378: 文本块

  • 379: Shenandoah: 低暂停时间的垃圾收集器

  • 381: 删除 Solaris 和 SPARC Ports

  • 383: 外部存储器访问API (Second Incubator)

  • 384: Records (Second Preview)

  • 385: 废弃 RMI Activation



深入理解新特性



339: 爱德华兹曲线数字签名算法(EdDSA)



JEP 339: Edwards-Curve Digital Signature Algorithm (EdDSA)



与其他签名方案相比,EdDSA 具有更高的安全性和性能,并且已有很多其他加密库(如 OpenSSL 和 BoringSSL)支持此签名方案。EdDSA 是 TLS 1.3的可选组件,且是 TLS 1.3 中仅有的三种签名方案之一。用户可以不必再使用第三方库了。



360: Sealed Classes (Preview)



JEP 360: Sealed Classes (Preview)



为什么需要此特性



在 Java 语言中,代码的重用是通过类的继承实现的:多个子类可以继承同一个超类(并重用超类的方法)。但是重用代码并不是类层次结构的唯一目的,有时类层次结构仅仅是对某个领域的建模。以这种方式使用类层次结构时,限制子类集合可以简化建模。



比如在图形库中,Shape 类的开发者可能只希望有限个数的类扩展 Shape 类,开发者并不想为未知子类编写防御代码。以前的 Java 并不会限制 Shape 类的扩展属性,Shape 类可以拥有任意数量的子类。在封闭类(Sealed Classes)中,类层次结构是封闭的,但是代码仍然可以在有限范围内重用。



特性描述



通过 sealed 修饰符将一个类声明为密封类,permits子句指定允许扩展密封类的类。例如下面的 Shape 类声明指定了三个可扩展的子类。



package com.example.geometry;
public abstract sealed class Shape
permits Circle, Rectangle, Square {...}



在子类数量很少时,在密封类的源文件中声明子类会很方便。当以这种方式声明子类时,密封类可以省略 allows 子句,同时 Java 编译器将从源文件中推断允许的子类。例如下面的例子:



package com.example.geometry;
abstract sealed class Shape {...}
... class Circle extends Shape {...}
... class Rectangle extends Shape {...}
... class Square extends Shape {...}



密封类可以让代码更简洁,代码可以明确推断出所有允许的子类。比如传统的 if-else 和 instanceof 代码编译器分析起来很困难,无法确定子句是否覆盖了所有允许的子类。下面的方法会导致编译期错误:



int getCenter(Shape shape) {
if (shape instanceof Circle) {
return ... ((Circle)shape).center() ...
} else if (shape instanceof Rectangle) {
return ... ((Rectangle)shape).length() ...
} else if (shape instanceof Square) {
return ... ((Square)shape).side() ...
}
}



在之后支持模式匹配的版本中,编译器可以直接推断出 Shape 所有允许的子类,不需要 default 语句。此外,如果缺少子类的任意一个,编译器就会报错。



int getCenter(Shape shape) {
return switch (shape) {
case Circle c -> ... c.center() ...
case Rectangle r -> ... r.length() ...
case Square s -> ... s.side() ...
};
}



JDK 中的密封类



package java.lang.constant;
public sealed interface ConstantDesc
permits String, Integer, Float, Long, Double,
ClassDesc, MethodTypeDesc, DynamicConstantDesc {...}
// ClassDesc is designed for subclassing by JDK classes only
public sealed interface ClassDesc extends ConstantDesc
permits PrimitiveClassDescImpl, ReferenceClassDescImpl {...}
final class PrimitiveClassDescImpl implements ClassDesc {...}
final class ReferenceClassDescImpl implements ClassDesc {...}
// MethodTypeDesc is designed for subclassing by JDK classes only
public sealed interface MethodTypeDesc extends ConstantDesc
permits MethodTypeDescImpl {...}
final class MethodTypeDescImpl implements MethodTypeDesc {...}
// DynamicConstantDesc is designed for subclassing by user code
public non-sealed abstract class DynamicConstantDesc implements ConstantDesc {...}



JVM 支持



JVM 在运行时识别密封类和接口,并防止未经授权的子类和子接口扩展密封类。



尽管 sealed 关键字是类修饰符,但是 ClassFile 中并没有 ACC_SEALED 标志。相反,密封类的类文件具有 PermittedSubclasses属性,该属性隐式指示密封修饰符,并显式指定允许的子类:



PermittedSubclasses_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u2 number_of_classes;
u2 classes[number_of_classes];
}



Reflection API



java.lang.Class 将增加如下 public 方法:



  • java.lang.constant.ClassDesc[] getPermittedSubclasses()

  • boolean isSealed()



371: Hidden Classes



JEP 371: Hidden Classes



为什么需要此特性



隐藏类不能被其他类的字节码直接使用,适合在运行时生成类、并通过反射间接使用隐藏类的框架。



特性描述



许多机遇 JVM 构建的语言都通过动态生成类,提高灵活性和效率。比如在 Java 语言中,javac 不会在编译时将 lambda 表达式转换成特殊的类文件,而是保存在字节码中,该字节码可以把 lambda 表达式动态生成为相应的对象。同样地,非 Java 语言经常通过运行时生成动态代理,来实现语言的高级特性。



语言的实现者通常希望将动态生成的类,在逻辑上成为静态生成类的实现的一部分:



  • 不可发现。仅通过名字就发现该类是不必要且有害的,因为这破坏了动态生成类仅是静态生成类的实现细节这一目标。

  • 访问控制。可能希望将静态生成类的访问控制扩展到动态生成类。

  • 生命周期。动态生成类的生命周期可能很短,在静态生成类中保留它们会占用不必要的内存。针对这种情况的现有解决方案(类加载器)不仅麻烦,而且效率低下。



不幸的是,类定义的标准 API(ClassLoader::defineClass 和 Lookup::defineClass)并不在意该类的字节码是动态生成(在运行时)还是静态生成(在编译时)的。如果标准 API 可以定义无法被发现,且具有有限生命周期的隐藏类,则动态生成类的 JDK 内部和外部框架都可以定义隐藏类,这样做可以提高 JVM 语言实现的效率。比如:



  • java.lang.reflect.Proxy 可以定义隐藏类作为实现代理接口的代理类;

  • java.lang.invoke.StringConcatFactory 可以生成隐藏类来保存常量连接方法;

  • java.lang.invoke.LambdaMetaFactory 可以生成隐藏的 nestmate 类,以容纳访问封闭变量的 lambda 主体。



372: 移除 Nashorn JavaScript 引擎



JEP 372: Remove the Nashorn JavaScript Engine



特性描述



Java 11 中已经将该引擎标记为废弃,并明确表示要在将来的版本中删除它。Nashorn JavaScript 引擎最开始是 JDK 8 通过 JEP 174 继承的,用来代替 Rhino 脚本引擎,当时 Nashorn JavaScript 引擎是 ECMAScript-262 5.1 标准的完整实现。但是随着 ECMAScript 语言构造以及 API 的修改,我们发现 Nashorn 难以维护。



JDK 的两个模块会永久删除:



  • jdk.scripting.nashorn

  • jdk.scripting.nashorn.shell



373: 重新实现 DatagramSocket API



JEP 373: Reimplement the Legacy DatagramSocket API



Java.net.DatagramSocket 和 java.net.MulticastSocket API 重构了基础实现,使得其更易于维护和调试。新的实现能更好地适应虚拟线程的工作。



374: 禁用偏向锁



JEP 374: Disable and Deprecate Biased Locking



特性描述



默认情况下禁用偏向锁,并废弃所有相关的命令行。



为什么需要此特性



偏向锁是 HotSpot 虚拟机使用的一项优化技术,能够减少无竞争锁定时的开销。偏向锁的目的是假定 monitor 一直由某个特定线程持有,直到另一个线程尝试获取它,这样就可以避免获取 monitor 时执行 cas 的原子操作。monitor 首次锁定时偏向该线程,这样就可以避免同一对象的后续同步操作步骤需要原子指令。从历史上看,偏向锁使得 JVM 的性能得到了显著改善。



但是过去看到的性能提升,在现在看来已经不那么明显了。受益于偏向锁的应用程序,往往是使用了早期 Java 集合 API的程序(JDK 1.1),这些 API(Hasttable 和 Vector) 每次访问时都进行同步。JDK 1.2 引入了针对单线程场景的非同步集合(HashMap 和 ArrayList),JDK 1.5 针对多线程场景推出了性能更高的并发数据结构。这意味着如果代码更新为使用较新的类,由于不必要同步而受益于偏向锁的应用程序,可能会看到很大的性能提高。此外,围绕线程池队列和工作线程构建的应用程序,性能通常在禁用偏向锁的情况下变得更好。



偏向锁为同步系统引入了许多复杂的代码,并且对 HotSpot 的其他组件产生了影响。这种复杂性已经成为理解代码的障碍,也阻碍了对同步系统进行重构。因此,我们希望禁用、废弃并最终删除偏向锁。



375: instanceof的模式匹配(Second Preview)



JEP 375: Pattern Matching for instanceof (Second Preview)



为什么需要此特性



通过对 instanceof 运算符进行模式匹配,来增加 Java 语言。模式匹配可以使应用程序更简洁、安全地提取特定对象。



特性描述



很多程序都会判断一个表达式是否具有某种类型或结构,然后有条件地进一步处理,比如下面的 instanceof-and-cast 用法:



if (obj instanceof String) {
String s = (String) obj;
// use s
}



上述代码做了 3 件事:



  • 判断 obj 是否是 string 类型

  • 将 obj 转换为 string 类型

  • 声明了一个新的局部变量 s



这种模式很简单,但是这样的写法并不是最优的。第 2 步的类型转换是重复的,同时重复可能会带来错误。模式匹配允许简明地表达对象的所需“形状”(模式),并允许各种语句和表达式针对其输入来测试“形状”(匹配)。从 Haskell 到 C# 等很多语言都接受了模式匹配。



在下面的代码中,短语 String s 是类型测试模式:

if (obj instanceof String s) {
// can use s here
} else {
// can't use s here
}



下面的代码也是正确的:



if (obj instanceof String s && s.length() > 5) {.. s.contains(..) ..}



377: ZGC: 可扩展的低延迟垃圾收集器



JEP 377: ZGC: A Scalable Low-Latency Garbage Collector (Production)



ZGC 已经在 JEP 333时集成到了 JDK 11 中,当时是作为实验特性引入的。在 JDK 11 发布以来,我们收到了很多积极的反馈,并修复了许多 bug,添加了很多新功能。更重要的是,ZGC 已经支持所有主流平台:



  • Linux/x86_64 (JEP 333)

  • Linux/aarch64 (8214527)

  • Windows (JEP 365)

  • macOS (JEP 364)



现在可以通过 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC 命令选项启用 ZGC。



378: 文本块



JEP 378: Text Blocks



Java语言增加文本块功能。文本块是多行字符串文字,能避免大多数情况下的转义问题。



为什么需要此特性



在Java中,HTML, XML, SQL, JSON等字符串对象都很难阅读和维护。



HTML



使用one-dimensional的字符串语法:



String html = "<html>\n" +
" <body>\n" +
" <p>Hello, world</p>\n" +
" </body>\n" +
"</html>\n";



使用two-dimensional文本块语法:



String html = """
<html>
<body>
<p>Hello, world</p>
</body>
</html>
""";



SQL



使用one-dimensional的字符串语法:



String query = "SELECT `EMP_ID`, `LAST_NAME` FROM `EMPLOYEE_TB`\n" +
"WHERE `CITY` = 'INDIANAPOLIS'\n" +
"ORDER BY `EMP_ID`, `LAST_NAME`;\n";



使用two-dimensional文本块语法:



String query = """
SELECT `EMP_ID`, `LAST_NAME` FROM `EMPLOYEE_TB`
WHERE `CITY` = 'INDIANAPOLIS'
ORDER BY `EMP_ID`, `LAST_NAME`;
""";



多语言示例



使用one-dimensional的字符串语法:



ScriptEngine engine = new ScriptEngineManager().getEngineByName("js");
Object obj = engine.eval("function hello() {\n" +
" print('\"Hello, world\"');\n" +
"}\n" +
"\n" +
"hello();\n");



使用two-dimensional文本块语法:



ScriptEngine engine = new ScriptEngineManager().getEngineByName("js");
Object obj = engine.eval("""
function hello() {
print('"Hello, world"');
}
hello();
""");



特性描述



文本块是Java语言的新语法,可以用来表示任何字符串,具有更高的表达能力和更少的复杂度。



文本块的开头定界符是由三个双引号字符(""")组成的序列,后面跟0个或多个空格,最后跟一个行终止符。内容从开头定界符的行终止符之后的第一个字符开始。



结束定界符是三个双引号字符的序列。内容在结束定界符的第一个双引号之前的最后一个字符处结束。



与字符串文字中的字符不同,文本块的内容中可以直接包含双引号字符。允许在文本块中使用\“,但不是必需的或不建议使用。



与字符串文字中的字符不同,内容可以直接包含行终止符。允许在文本块中使用\n,但不是必需或不建议使用。例如,文本块:



"""
line 1
line 2
line 3
"""



等效于字符串文字:



"line 1\nline 2\nline 3\n"



或字符串文字的串联:



"line 1\n" +
"line 2\n" +
"line 3\n"



379: Shenandoah: 低暂停时间的垃圾收集器



JEP 379: Shenandoah: A Low-Pause-Time Garbage Collector (Production)



特性描述



Shenandoah GC 由JEP 189 集成到 JDK 12 中。现在,Shenandoah GC 已经可以用于生产环境了!(Shenandoah GC 的具体特性以后会有专门的文章讲解,本篇文章略过)。



381: 删除 Solaris 和 SPARC Ports



JEP 381: Remove the Solaris and SPARC Ports



删除了对 Solaris/SPARC、Solaris/x64和 Linux/SPARC 端口支持的源代码,并重新构建 JDK。这些代码在 JDK 14中已经被标记为废弃的,并明确表示在未来版本中会删除。



383: 外部存储器访问API (Second Incubator)



JEP 383: Foreign-Memory Access API (Second Incubator)



引入新的能使 Java 程序安全高效访问 Java 堆内存之外的外部内存的 API。



384: Records (Second Preview)



JEP 384: Records (Second Preview)



通过 Records(不知道如何翻译,囧……)增强Java编程语言。Records提供了一种紧凑的语法来声明类,这些类是浅层不可变数据的透明持有者。



为什么需要此特性



我们经常听到这样的抱怨:“Java太冗长”、“Java规则过多”。首当其冲的就是充当简单集合的“数据载体”的类。为了写一个数据类,开发人员必须编写许多低价值、重复且容易出错的代码:构造函数、访问器、equals()、hashCode()和toString()等等。



尽管IDE可以帮助开发人员编写数据载体类的绝大多数编码,但是这些代码仍然冗长。



从表面上看,将Records是为了简化模板编码而生的,但是它还有“远大”的目标:modeling data as data。records应该更简单、简洁、数据不可变。



描述



records是Java的一种新的类型。同枚举一样,records也是对类的一种限制。records放弃了类通常享有的特性:将API和表示解耦。但是作为回报,records使数据类变得非常简洁。



一个record具有名称和状态描述。状态描述声明了record的组成部分。例如:



record Point(int x, int y) { }



因为records在语义上是数据的简单透明持有者,所以记录会自动获取很多标准成员:



  • 状态声明中的每个成员,都有一个 private final的字段;

  • 状态声明中的每个组件的公共读取访问方法,该方法和组件具有相同的名字;

  • 一个公共的构造函数,其签名与状态声明相同;

  • equals和hashCode的实现;

  • toString的实现。



限制



records不能扩展任何类,并且不能声明私有字段以外的实例字段。声明的任何其他字段都必须是静态的。



records类都是隐含的final类,并且不能是抽象类。这些限制使得records的API仅由其状态描述定义,并且以后不能被其他类实现或继承。



在record中额外声明变量



也可以显式声明从状态描述自动派生的任何成员。可以在没有正式参数列表的情况下声明构造函数(这种情况下,假定与状态描述相同),并且在正常构造函数主体正常完成时调用隐式初始化(this.x=x)。这样就可以在显式构造函数中仅执行其参数的验证等逻辑,并省略字段的初始化,例如:



record Range(int lo, int hi) {
public Range {
if (lo > hi) /* referring here to the implicit constructor parameters */
throw new IllegalArgumentException(String.format("(%d,%d)", lo, hi));
}
}



语法



RecordDeclaration:
{ClassModifier} record TypeIdentifier [TypeParameters]
(RecordComponents) [SuperInterfaces] [RecordBody]
RecordComponents:
{RecordComponent {, RecordComponent}}
RecordComponent:
{Annotation} UnannType Identifier
RecordBody:
{ {RecordBodyDeclaration} }
RecordBodyDeclaration:
ClassBodyDeclaration
RecordConstructorDeclaration
RecordConstructorDeclaration:
{Annotation} {ConstructorModifier} [TypeParameters] SimpleTypeName
[Throws] ConstructorBody



反射 API



下面的方法会被加到java.lang.Class中:



  • RecordComponent[] getRecordComponents()

  • boolean isRecord()



385: 废弃 RMI Activation



JEP 385: Deprecate RMI Activation for Removal



RMI Activation 机制标记为废弃,以便在将来的某个版本删除掉。RMI Activation 是 RMI 的过时部分,但是这并不表示会弃用 RMI 的其他部分。



总结



以上就是 JDK 15 的全部新特性,我们可以看到 G1 GC 已经退出历史舞台,新的 ZGCShenandoah GC 已经登上历史舞台。同时也丢弃了像自旋锁这种历史包袱,增加了许多诸如文本块等简洁的语法特性。我们可以预见 Java 的性能会越来越好,同时也会越来越简洁。(当然简洁程度跟 Kotlin 这种新兴语言是比不了的,毕竟完全没有历史包袱)。欢迎大家关注我的公众号。



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coding 笔记、点滴记录,以后的文章也会同步到公众号(Coding Insight)中,希望大家关注^_^





发布于: 2020 年 09 月 19 日 阅读数: 26
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还未添加个人签名 2017.12.06 加入

码农一枚,专注于各种敲键盘😝

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