Java 20 新功能介绍

➜  bin pwd
/Users/darcy/develop/jdk-20.0.1.jdk/Contents/Home/bin
➜  bin ./java -version
openjdk version "20.0.1" 2023-04-18
OpenJDK Runtime Environment (build 20.0.1+9-29)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 20.0.1+9-29, mixed mode, sharing)

Java 20 共带来 7 个新特性功能，其中三个是孵化提案，孵化也就是说尚在征求意见阶段，未来可能会删除此功能。

JEP	描述	分类
429	作用域值（孵化器）	Project Loom，Java 开发相关
432	Record 模式匹配（第二次预览）	Project Amber，新的语言特性
433	switch 的模式匹配（第四次预览）	Project Amber，新的语言特性
434	外部函数和内存 API（第二个预览版）	Project Panama，非 Java 库
436	虚拟线程（第二个预览版）	Project Loom，Java 开发相关
437	结构化并发（第二孵化器）	Project Loom，Java 开发相关
438	Vector API（第五孵化器）	Project Panama，非 Java 库

JEP：JDK Enhancement Proposal，JDK 增强建议，或者叫 Java 未来发展建议。

JDK 20 不是长期支持 (LTS) 版本，因此它只会在六个月后被 JDK 21 取代之前收到更新。JDK 17（ 2021 年 9 月 14 日发布）是 Java 的最新 LTS 版本。Oracle 宣布计划将 LTS 版本之间的时间从三年缩短到两年，因此 JDK 21（2023 年 9 月）计划成为下一个LTS。

Java 20 安装

Java 20 OpenJDK 下载：https://jdk.java.net/19/

Java 20 OpenJDK 文档：https://openjdk.java.net/projects/jdk/20/

Java 20 OracleJDK 下载：Oracle JDK 20 Archive Downloads

# 此文中示例代码运行都在 Java 20 环境下使用命令
➜  src $ /jdk-20.0.1.jdk/Contents/Home/bin/java --version                                                         
openjdk 20.0.1 2023-04-18
OpenJDK Runtime Environment (build 20.0.1+9-29)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 20.0.1+9-29, mixed mode, sharing)
➜  src $ /jdk-20.0.1.jdk/Contents/Home/bin/java  --add-modules jdk.incubator.concurrent Xxx.java
WARNING: Using incubator modules: jdk.incubator.concurrent
hello wdbyte
没有信息

JEP 429: Scoped Value

在线程之间共享变量不是一件简单的事，可以使用 ThreadLocal 来保存当前线程变量，但是需要手动清理，开发者常常忘记，且变量不能被子线程继承；而使用 InheritableThreadLocal 共享信息可以被子线程继承，但是数据会拷贝多份，占用更多内存。

引入Scoped values，允许在线程内和线程间共享不可变数据，这比线程局部变量更加方便，尤其是在使用大量虚拟线程时。这提高了易用性、可理解性、健壮性以及性能。不过这是一个正在孵化的 API，未来可能会被删除。

scoped values 有下面几个目标：

• 易用性——提供一个编程模型来在线程内和子线程之间共享数据，从而简化数据流的推理。
• 可理解性——使共享数据的生命周期从代码的句法结构中可见。
• 稳健性——确保调用者共享的数据只能由合法的被调用者检索。
• 性能——将共享数据视为不可变的，以便允许大量线程共享，并启用运行时优化。

例子

如果每个请求都是用一个单独的线程来处理，现在需要接受一个请求，然后根据不同身份访问数据库，那么我们可以用传递参数的方式，直接把身份信息在调用访问数据库方法时传递过去。如果不这么做，那么就要使用 ThreadLocal 来共享变量了。

Thread 1                             Thread 2
--------                             --------
8. 数据库 - 开始查询 ()                8. throw new InvalidPrincipalException()
7. 数据库 - 开始访问 () <---+          7. 数据库 - 开始访问 () <---+ 
   ...                    |             ...                   |
   ...                身份(管理员)        ...                  身份(访客)
2. 开始处理(..)            |          2. 开始处理(..)            |
1. 收到请求(..) -----------+          1. 收到请求(..) -----------+   

示意代码：

class Server {
    final static ThreadLocal<Principal> PRINCIPAL = new ThreadLocal<>();  

    void serve(Request request, Response response) {
        var level     = (request.isAuthorized() ? ADMIN : GUEST);
        var principal = new Principal(level);
        PRINCIPAL.set(principal);                                         
        Application.handle(request, response);
    }
}

class DBAccess {
    DBConnection open() {
        var principal = Server.PRINCIPAL.get();                           
        if (!principal.canOpen()) throw new InvalidPrincipalException();
        return newConnection(...);                                        
    }
}

这是我们常见的写法，但是使用 ThreadLocal 的问题是：

• PRINCIPAL.set(principal) 可以被任意设置修改。
• 使用 ThreadLocal 可能会忘记 remove。
• 如果想要子线程继承共享的变量，需要占用新的内存空间。
• 在虚拟线程场景下，可能会有几十万线程，使用 ThreadLocal 过于复杂，且有安全性能隐患。

虚拟线程自 Java 19 引入：JEP 425: 虚拟线程 (预览)

使用 ScopedValue

import jdk.incubator.concurrent.ScopedValue;

/**
 * 启动命令加上 --add-modules jdk.incubator.concurrent
 *
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class Jep429ScopedValueTest {
    final static ScopedValue<String> SCOPED_VALUE = ScopedValue.newInstance();

    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程
        Thread thread1 = new Thread(Jep429ScopedValueTest::handle);
        Thread thread2 = new Thread(Jep429ScopedValueTest::handle);
        String str = "hello wdbyte";
        // 传入线程里使用的字符串信息
        ScopedValue.where(SCOPED_VALUE, str).run(thread1);
        ScopedValue.where(SCOPED_VALUE, str).run(thread2);
        // 执行完毕自动清空，这里获取不到了。
        System.out.println(SCOPED_VALUE.orElse("没有信息"));
    }
    public static void handle() {
        String result = SCOPED_VALUE.get();
        System.out.println(result);
    }
}

运行：

➜  src $ /jdk-20.0.1.jdk/Contents/Home/bin/java --version                                                         
openjdk 20.0.1 2023-04-18
OpenJDK Runtime Environment (build 20.0.1+9-29)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 20.0.1+9-29, mixed mode, sharing)
  
➜  src $ /jdk-20.0.1.jdk/Contents/Home/bin/java  --add-modules jdk.incubator.concurrent Jep429ScopedValueTest.java
WARNING: Using incubator modules: jdk.incubator.concurrent
hello wdbyte.com
hello wdbyte.com  
没有信息

可见使用 ScopedValue 有几个显而易见的好处。

• 代码方便，容易理解。符合编程逻辑。
• 不允许修改值，安全性高。（没有 set 方法）
• 生命周期明确。只传递到 run() 方法体中。
• 不需要清理，自动释放。
• 从实现来讲，也是一种轻量级实现。

JEP 432: Record 模式匹配（二次预览）

在 Java 14 的 JEP 359 中增加了 Record 类，在 Java 16 的 JEP 394中，新增了 instanceof 模式匹配。

这两项都简化了 Java 开发的代码编写。在 Java 19 的 JEP 405 中，增又加了 Record 模式匹配功能的第一次预览，这把 JEP 359 和 JEP 394 的功能进行了结合，但是还不够强大，现在 JEP 432 又对其进行了增强。

JEP 359 功能回顾：

/**
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class RecordTest {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog("name", 1);
        System.out.println(dog.name()); // name
        System.out.println(dog.age());  // 1
    }
}

record Dog(String name, Integer age) {
}

JEP 394 功能回顾：

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

// New code
if (obj instanceof String s) {
    ... use s ...
}

JEP 432 例子

而现在，可以进行更加复杂的组合嵌套，依旧可以准确识别类型。

/**
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class Jep432RecordAndInstance {
    public static void main(String[] args) {
        ColoredPoint coloredPoint1 = new ColoredPoint(new Point(0, 0), Color.RED);
        ColoredPoint coloredPoint2 = new ColoredPoint(new Point(1, 1), Color.GREEN);
        Rectangle rectangle = new Rectangle(coloredPoint1, coloredPoint2);
        printUpperLeftColoredPoint(rectangle);
    }

    static void printUpperLeftColoredPoint(Rectangle r) {
        if (r instanceof Rectangle(ColoredPoint ul, ColoredPoint lr)) {
            System.out.println(ul.c());
        }
    }
}

record Point(int x, int y) {}
enum Color { RED, GREEN, BLUE }
record ColoredPoint(Point p, Color c) {}
record Rectangle(ColoredPoint upperLeft, ColoredPoint lowerRight) {}

输出：RED。

JEP 433: switch 模式匹配（四次预览）

Switch 的使用体验改造早在 Java 17 就已经开始了，下面是之前文章的一些介绍。

• JEP 406：switch 的类型匹配（预览）
• JEP 420：switch 表达式（二次预览）
• JEP 427: switch 模式匹配 (三次预览)

现在 JEP 433 进行第四次预览，对其功能进行了增强，直接从下面的新老代码看其变化。

/**
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class JEP433SwitchTest {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = 123;
        System.out.println(matchOld(obj)); // 是个数字
        System.out.println(matchNew(obj)); // 是个数字
        obj = "wdbyte.com";
        System.out.println(matchOld(obj)); // 是个字符串，长度大于2
        System.out.println(matchNew(obj)); // 是个字符串，长度大于2
    }

    /**
     * 老代码
     *
     * @param obj
     * @return
     */
    public static String matchOld(Object obj) {
        if (obj == null) {
            return "数据为空";
        }
        if (obj instanceof String) {
            String s = obj.toString();
            if (s.length() > 2) {
                return "是个字符串，长度大于2";
            }
            if (s.length() <= 2) {
                return "是个字符串，长度小于等于2";
            }
        }
        if (obj instanceof Integer) {
            return "是个数字";
        }
        throw new IllegalStateException("未知数据：" + obj);
    }

    /**
     * 新代码
     *
     * @param obj
     * @return
     */
    public static String matchNew(Object obj) {
        String res = switch (obj) {
            case null -> "数据为空";
            case String s when s.length() > 2 -> "是个字符串，长度大于2";
            case String s when s.length() <= 2 -> "是个字符串，长度小于等于于2";
            case Integer i -> "是个数字";
            default -> throw new IllegalStateException("未知数据：" + obj);
        };
        return res;
    }

}

JEP 434: 外部函数和内存 API（二次预览)

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 14 JEP 370 引入了外部内存访问 API（孵化器）。
• Java 15 JEP 383 引入了外部内存访问 API（第二孵化器）。
• Java 16 JEP 389 引入了外部链接器 API（孵化器）。
• Java 16 JEP 393 引入了外部内存访问 API（第三孵化器）。
• Java 17 JEP 412 引入了外部函数和内存 API（孵化器）。
• Java 18 JEP 419 引入了外部函数和内存 API（二次孵化器）。
• Java 19 JEP 424 引入了外部函数和内存 API（孵化器）。

JEP 436: 虚拟线程（二次预览）

通过将轻量级虚拟线程引入 Java 平台，简化了编写、维护和观察高吞吐量、并发应用程序的过程。使开发人员能够使用现有的 JDK 工具和技术轻松地排除故障、调试和分析并发应用程序，虚拟线程有助于加速应用程序开发。

这个特性自 Java 19 的 JEP 425: 虚拟线程 (预览)引入，在 Java 19 已经进行了详细介绍。

JEP 425: 虚拟线程 (预览)

JEP 437: Structured Concurrency（二次孵化）

通过引入用于结构化并发 API 来简化多线程编程。结构化并发将在不同线程中运行的多个任务视为单个工作单元，从而简化错误处理，提高可靠性，增强可观察性。因为是个孵化状态提案，这里不做过多研究。

• 相关 Java 19，JEP 428：结构化并发（孵化）

JEP 438: Vector API（五次孵化）

再次提高性能，实现优于等效标量计算的性能。这是通过引入一个 API 来表达矢量计算，该 API 在运行时可靠地编译为支持的 CPU 架构上的最佳矢量指令，从而实现优于等效标量计算的性能。Vector API 在 JDK 16 到 19 中孵化。JDK 20 整合了这些版本用户的反馈以及性能改进和实现增强。

一如既往，文章中代码存放在 Github.com/niumoo/javaNotes.

文章持续更新，可以微信搜一搜「 程序猿阿朗 」或访问「程序猿阿朗博客 」第一时间阅读。本文 Github.com/niumoo/JavaNotes 已经收录，有很多系列文章，欢迎Star。