Java 9新特性

Java 9 于2017年9月发布， 新增了很多特性，针对较为突出的便于理解的特性进行说明。除了下面罗列出的新特性之外还有一些其他的内容，这些内容有的不重要或者使用较少，所以没有罗列出来。

接口私有方法

在jdk9中新增了接口私有方法，即可以在接口中声明private修饰的方法了，其实就是为了让default方法调用，当然接口外部是无法访问私有方法的。这样的话，接口越来越像抽象类

改进的try with resource

Java7中新增了try with resource语法用来自动关闭资源文件，在IO流和jdbc部分使用的比较多。使用方式是将需要自动关闭的资源对象的创建放到try后面的小括号中，在jdk9中可以将这些资源对象的创建代码放到小括号外面，然后将需要关闭的对象名放到try后面的小括号中即可，示例：

模块化

Java8中有个非常重要的包rt.jar，里面涵盖了Java提供的类文件，在程序员运行Java程序时jvm会加载rt.jar。这里有个问题是rt.jar中的某些文件我们是不会使用的，比如使用Java开发服务器端程序的时候通常用不到图形化界面的库Java.awt，这就造成了内存的浪费。

Java9中将rt.jar分成了不同的模块，一个模块下可以包含多个包，模块之间存在着依赖关系，其中Java.base模块是基础模块，不依赖其他模块。上面提到的Java.awt被放到了其他模块下，这样在不使用这个模块的时候就无需让jvm加载，减少内存浪费。让jvm加载程序的必要模块，并非全部模块，达到了瘦身效果。 stickPicture.pngstickPicture.png jar包中含有.class文件，配置文件。jmod除了包含这两个文件之外，还有native library，legal licenses等，两者主要的区别是jmod主要用在编译期和链接期，并非运行期，因此对于很多开发者来说，在运行期仍然需要使用jar包。

模块化的优点：

  • 精简jvm加载的class类，提升加载速度

  • 对包更精细的控制，提高安全

模块与包类似，只不过一个模块下可以包含多个包。下面举例来看下

  • 项目—-公司

  • 模块—-部门：开发部，测试部

  • 包名—-小组：开发1组，开发2组

  • 类 —-员工：张三，李四

接下来演示在测试部模块中调用开发部模块里面的类。

  1. 创建项目，项目下分别创建开发部（命名develop），测试部（命名test）2个模块

  2. 在开发部中创建下面2个包和类

  3. 在src目录下创建module-info.Java文件，通过module-info.Java的文件来描述模块，开发部模块要将com..dev1包导出，在src目录下创建module-info.Java

  4. 在测试部模块的src目录下创建module-info.Java

  5. 在测试部模块中创建

上面例子演示了不同模块下类的使用，主要是依赖module-info.Java文件描述了模块的关系。

集合工厂方法

Java9 为集合类添加了便捷的工厂方法，能够轻松创建不可变集合。在这之前，创建不可变集合还是比较麻烦的，很多开发者会选择依赖第三方库(比如 Google Guava)。

传统的不可变集合创建方式：

有了 Java9 的工厂方法，创建不可变集合简直不要太简单

这些集合是真正不可变的，任何修改操作都会抛出 Unsupported0perationException 异常。

如果想创建包含大量元素的不可变 Map，可以使用 ofEntries 方法

jshell

在一些编程语言中，例如：python，Ruby等，都提供了REPL（Read Eval Print Loop 简单的交互式编程环境）。jshell就是Java语言平台中的REPL。

有的时候只是想写一段简单的代码，例如HelloWorld，按照以前的方式，还需要自己创建Java文件，创建class，编写main方法，但实际上里面的代码其实就是一个打印语句，此时还是比较麻烦的。在jdk9中新增了jshell工具，可以快速的运行一些简单的代码。

从命令提示符里面输入jshell，进入到jshell之后输入： image.pngimage.png 如果要退出jshell的话，输入/exit即可。

不能使用下划线命名变量

下面语句在jdk9之前可以正常编译通过，但是在jdk9（含）之后编译报错，在后面的版本中会将下划线作为关键字来使用

String字符串的变化

写程序的时候会经常用到String字符串，在以前的版本中String内部使用了char数组存储，对于使用英语的人来说，一个英文字符用一个字节就能存储，使用char存储字符会浪费一半的内存空间，因此在JDK9中将String内部的char数组改成了byte数组，这样就节省了一半的内存占用。

也就是说，能优化包含大量ASCII字符的字符串。

String中增加了下面2个成员变量

  • COMPACT_STRINGS：boolen类型，判断是否压缩，

  • 默认是true，表示开启压缩，英文字符可以节省空间

  • false，则表示不压缩，全部使用UTF16编码。也就是说，即使是英文字符，也用UTF16编码，则无法节省空间

  • coder：byte类型，用来区分使用的字符编码，分别为LATIN1（值为0）和UTF16（值为1）。

byte数组如何存储中文呢？通过源码（StringUTF16类中的toBytes方法）得知，在使用中文字符串时，1个中文会被存储到byte数组中的两个元素上，即存储1个中文，byte数组长度为2，存储2个中文，byte数组长度为4。

以如下代码为例进行分析：

好 对应的Unicode码二进制为0101100101111101，分别取出高8位和低8位，放入到byte数组中{01011001,01111101}，这样就利用byte数组的2个元素保存了1个中文。 stickPicture.pngstickPicture.png 当字符串中存储了中英混合的内容时，1个英文字符同样会占用2个byte数组位置，例如下面代码底层byte数组的长度为16：

在获取字符串长度时，若存储的内容存在中文，是不能直接获取byte数组的长度作为字符串长度的，String源码中有向右移动1位的操作（即除以2），这样才能获取正确的字符串长度。

new String()底层源码

总结：如果字符串是纯英文，则编码默认为LATIN1，是可以压缩存储空间的。只要有中文，不管是否是中英混合，那么就都需要两个字节的byte数组来存储字符。

String字符串拼接"+"

代码：

编译查看字节码：

可以看到，编译后的字节码和 JDK 8 是不一样的，不再是基于StringBuilder实现，而是基于StringConcatFactory.makeConcatWithConstants动态生成一个方法来实现。这个会比StringBuilder更快，不需要创建StringBuilder对象，也会减少一次数组拷贝。

这里由于是内部使用的数组，所以用了UNSAFE.allocateUninitializedArray的方式更快分配byte[]数组。通过：StringConcatFactory.makeConcatWithConstants而不是JavaC生成代码，是因为生成的代码无法使用JDK的内部方法进行优化，还有就是，如果有算法变化，存量的Lib不需要重新编译，升级新版本JDk就能提速。

这个字节码相当如下手工调用：StringConcatFactory.makeConcatWithConstants

StringConcatFactory.makeConcatWithConstants是公开API，可以用来动态生成字符串拼接的方法，除了编译器生成字节码调用，也可以直接调用。调用生成方法一次大约需要1微秒（千分之一毫秒）。

makeConcatWithConstants动态生成方法的代码

makeConcatWithConstants使用recipe (“value \1”)动态生成的方法大致如下：

StringConcatHelper是：StringConcatFactory.makeConcatWithConstants实现用到的内部类。

可以看出，生成的方法是通过如下步骤来实现：

  1. StringConcatHelper的mix方法计算长度和字符编码 (将长度和coder组合放到一个long中)；

  2. 根据长度和编码构造一个byte[]；

  3. 然后把相关的值写入到byte[]中；

  4. 使用byte[]无拷贝的方式构造String对象。

上面的火焰图可以看到实现的细节。这样的实现，和使用StringBuilder相比，减少了StringBuilder以及StringBuilder内部byte[]对象的分配，可以减轻GC的负担。也能避免可能产生的StringBuilder在latin1编码到UTF16时的数组拷贝。

  • StringBuilder缺省编码是LATIN1(ISO_8859_1)，如果append过程中遇到UTF16编码，会有一个将LATIN1转换为UTF16的动作，这个动作实现的方法是inflate。如果拼接的参数如果是带中文的字符串，使用StringBuilder还会多一次数组拷贝。

@Deprecated注解的变化

该注解用于标识废弃的内容，在jdk9中新增了2个内容：

  • String since() default “”：标识是从哪个版本开始废弃

  • boolean forRemoval() default false：如果为true，标识该废弃的内容会在未来的某个版本中移除

弃用class.newInstance()

image.pngimage.png 官方说明：class.newInstance()方法传播由空构造函数引发的任何异常，包括已检查的异常。这种方法的使用有效地绕过了编译时异常检查，否则该检查将由编译器执行。

clazz.newInstance()方法由clazz.getDeclaredConstructor().newInstance()方法代替，该方法通过将构造函数抛出的任何异常包装在（InvocationTargetException）中来避免此问题。

也就是说使用class.newInstance()方法时由默认构造函数中抛出的异常，此方法检查不到，如下例子：

可以看到，没有被异常检查捕获到

接下来使用clazz.getDeclaredConstructor().newInstance()方法：

可以看到异常被捕获到了

弃用finalized()方法

在 Java 中，finalize() 方法曾是对象生命周期的一部分，允许在垃圾收集器准备回收对象之前执行一些清理操作。然而，随着时间的推移，finalize() 方法逐渐暴露出一些问题，包括性能开销、不确定的行为、死锁风险以及增加了垃圾回收的复杂性。

弃用原因

  • 性能问题：该方法的执行会增加垃圾回收的停顿时间，因为 JVM 必须等待对象的 finalize() 方法执行完毕才能回收对象。这对于需要低延迟和高吞吐量的应用来说可能会产生性能问题

  • 不确定性：执行时间是不确定的，因为它依赖于垃圾回收器的运行时机，而垃圾回收器的运行时机是不可预测的。这导致依赖 finalize() 进行资源清理的代码很难编写和调试

  • 死锁风险：如果 finalize() 方法在执行过程中访问了其他对象，而这些对象又恰好正在被垃圾回收，那么就可能发生死锁

  • 安全问题：可以被恶意代码利用来破坏系统的安全性。例如，恶意代码可以覆盖对象的 finalize() 方法，在对象被垃圾回收时执行恶意操作

因此，基于以上原因，它在 Java 9 中被标记为弃用（deprecated）

替代方案

try-catch-resources

try-catch-resources 自动关闭实现了 AutoCloseable 接口的资源。这是一个优雅且安全的方式来管理资源，如文件、网络连接。

InputStream 实现了 AutoCloseable 接口，因此它可以在 try 结束时自动关闭，无需显式调用 close() 方法，源码如下：

Cleaner

Java 9 引入了 Cleaner 类作为替代方案。允许注册一个回调，当对象变得幻象可达（phantom reachable）时，这个回调会被执行。与 finalize() 不同，Cleaner 不会延迟对象的回收，并且它的执行是异步的。

demo如下：

在上述例子中，手动调用了 holder.close()，因此 Cleaner 的回调实际上不会被触发，因为资源已经在 Cleaner 有机会介入之前被清理了。如果注释掉 holder.close() 的调用，那么当 holder 对象变得幻象可达时，Cleaner 的回调可能会被触发（但这仍是不确定的）

因此使用Cleaner 进行资源管理一般也不是最佳实践。Cleaner 主要用于在对象被垃圾回收时执行一些额外的、不是很关键的清理任务

Java 10新特性

Java 10 于 2018年3月发布，这是Java 采用新发布周期后的第一个版本。虽然特性不多，但引入了备受关注的 var 关键字，让 Java 代码可以更加简洁。

局部变量类型推断

在jdk10以前声明变量的时候，会像下面这样：

上面声明的时候使用了4种不同类型的变量，在jdk10中前面的类型都可以使用var来代替，JVM会自动推断该变量是什么类型的，例如可以这样写：

注意：

当然这个var的使用是有限制的，仅适用于

  • 局部变量

  • 增强for循环的索引

  • 普通for循环的本地变量

  • 不能使用于方法形参，构造方法形参，方法返回类型等。

应用程序类数据共享

Java 10 扩展了类数据共享功能，允许应用程序类也参与共享(Application Class-Data Sharing)。在此之前，只有JDK 核心类可以进行类数据共享，应用程序类每次启动都需要重新加载和解析。

类数据共享的核心思路是：将JDK核心类和应用程序类的元数据都打包到共享归档文件中，多个 JVM 实例同时映射同一个归档文件，通过 共享读取 优化应用启动时间和减少内存占用。 使用步骤:

  1. 生成类列表：

  2. 创建归档文件：

  3. 使用归档文件启动：

这个特性主要用于容器化部署和微服务场景，可以显著减少启动时间。

垃圾收集器接口

Java 10 引入了统一的垃圾收集器接口，为不同的 GC实现提供了标准化的框架。这个改进主要是为了:

  • 简化新 GC 算法的开发和集成

  • 提高代码的可维护性

  • 支持更灵活的 GC 配置

这个特性对普通开发者来说是透明的，主要影响 JVM 内部实现。

G1的并行完整GC

在 Java 10 之前，G1 垃圾收集器的 Full GC 是单线程的，当堆内存不足时性能会很差。Java 10 改进了 G1 的 Full GC 实现，使用并行算法:

并行 Ful GC 可以显著减少长时间的停顿，提升应用的响应性。

线程局部握手

线程局部握手(Thread-Local Handshakes)是一个 JVM 内部优化，允许在不停止所有线程的情况下对单个线程执行回调：

  • 减少全局安全点的使用

  • 降低 JVM 操作的延迟.

  • 提高整体性能

这个特性对开发者透明，但可以改善JVM 的整体性能表现。

在备用内存设备上进行堆分配

Java 10 支持将 JMM 堆分配到非易失性内存(NVM)或其他备用内存设备上：

这个特性主要用于：

  • 利用大容量持久内存

  • 减少应用重启时的数据重建时间

  • 支持更大的堆内存配置

根证书

Java 10 在默认的 TrustStore 中包含了一组根证书颁发机构(CA)证书，解决了 OpenJDK构建版本中缺少根证书的问题。

这意味着 OpenJDK 现在可以直接支持 TLS 连接，无需额外配置证书：

Optional 增强

Optional 类新增了 orElseThrow()方法，作为 get()的更好替代：

Collection 增强

Collection 接口新增了 copy0f()方法，可以创建不可变的副本

Collectors 增强

Collectors 类新增了 toUnmodifiableList()、toUnmodifiableSet()和 toUnmodifiableMap()方法: