生产升级JDK 17 必读手册
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DK 17 在 2021 年 9 月 14 號正式發布了！根據發布的規劃，這次發布的 JDK 17 是一個長期維護的版本（LTS)。
Java 17 提供了數千個性能、穩定性和安全性更新，以及 14 個 JEP（JDK 增強提案），進一步改進了 Java 語言和平臺，以幫助開發人員提高工作效率。
JDK 17 包括新的語言增強、庫更新、對新 Apple (Mx CPU)計算機的支持、舊功能的刪除和棄用，并努力確保今天編寫的 Java 代碼在未來的 JDK 版本中繼續工作而不會發生變化。它還提供語言功能預覽和孵化 API，以收集 Java 社區的反饋
語言特性增強
密封的類和接口（正式版）
封閉類可以是封閉類和或者封閉接口，用來增強 Java 編程語言，防止其他類或接口擴展或實現它們。這個特性由Java 15的預覽版本晉升為正式版本。
- 密封的類和接口解釋和應用
因為我們引入了sealed class或interfaces，這些class或者interfaces只允許被指定的類或者interface進行擴展和實現。
使用修飾符sealed，您可以將一個類聲明為密封類。密封的類使用reserved關鍵字permits列出可以直接擴展它的類。子類可以是最終的，非密封的或密封的。
之前我們的代碼是這樣的。
public class Person { } //人
class Teacher extends Person { }//教師
class Worker extends Person { } ?//工人
class Student extends Person{ } //學生
但是我們現在要限制 Person類 只能被這三個類繼承，不能被其他類繼承，需要這么做。
// 添加sealed修飾符，permits后面跟上只能被繼承的子類名稱
public sealed class Person permits Teacher, Worker, Student{ } //人
// 子類可以被修飾為 final
final class Teacher extends Person { }//教師
// 子類可以被修飾為 non-sealed，此時 Worker類就成了普通類，誰都可以繼承它
non-sealed class Worker extends Person { } ?//工人
// 任何類都可以繼承Worker
class AnyClass extends Worker{}
//子類可以被修飾為 sealed,同上
sealed class Student extends Person permits MiddleSchoolStudent,GraduateStudent{ } //學生
final class MiddleSchoolStudent extends Student { } ?//中學生
final class GraduateStudent extends Student { } ?//研究生
很強很實用的一個特性，可以限制類的層次結構。
- 補充：它是由Amber項目孵化而來（會經歷兩輪以上預覽版本）
什么是Amber項目?
Amber 項目的目標是探索和孵化更小的、以生產力為導向的 Java 語言功能，這些功能已被 OpenJDK JEP 流程接受為候選 JEP。本項目由 Compiler Group 贊助。 大多數 Amber 功能在成為 Java 平臺的正式部分之前至少要經過兩輪預覽。對于給定的功能，每輪預覽和最終標準化都有單獨的 JEP。此頁面僅鏈接到某個功能的最新 JEP。此類 JEP 可能會酌情鏈接到該功能的早期 JEP。
工具庫的更新
JEP 306：恢復始終嚴格的浮點語義
Java 編程語言和 Java 虛擬機最初只有嚴格的浮點語義。從 Java 1.2 開始，默認情況下允許在這些嚴格語義中進行微小的變化，以適應當時硬件架構的限制。這些差異不再有幫助或必要，因此已被 JEP 306 刪除。
JEP 356：增強的偽隨機數生成器
為偽隨機數生成器 (PRNG) 提供新的接口類型和實現。這一變化提高了不同 PRNG 的互操作性，并使得根據需求請求算法變得容易，而不是硬編碼特定的實現。簡單而言只需要理解如下三個問題： @pdai
JDK 17之前如何生成隨機數？
- Random 類
典型的使用如下，隨機一個int值
// random int
new Random().nextInt();
?
/**
* description 獲取指定位數的隨機數
*
* @param length 1
* @return java.lang.String
*/
public static String getRandomString(int length) {
? ?String base = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789";
? ?Random random = new Random();
? ?StringBuilder sb = new StringBuilder();
? ?for (int i = 0; i < length; i++) {
? ? ? ?int number = random.nextInt(base.length());
? ? ? ?sb.append(base.charAt(number));
? }
? ?return sb.toString();
}
- ThreadLocalRandom 類
提供線程間獨立的隨機序列。它只有一個實例，多個線程用到這個實例，也會在線程內部各自更新狀態。它同時也是 Random 的子類，不過它幾乎把所有 Random 的方法又實現了一遍。
/**
* nextInt(bound) returns 0 <= value < bound; repeated calls produce at
* least two distinct results
*/
public void testNextIntBounded() {
? ?// sample bound space across prime number increments
? ?for (int bound = 2; bound < MAX_INT_BOUND; bound += 524959) {
? ? ? ?int f = ThreadLocalRandom.current().nextInt(bound);
? ? ? ?assertTrue(0 <= f && f < bound);
? ? ? ?int i = 0;
? ? ? ?int j;
? ? ? ?while (i < NCALLS &&
? ? ? ? ? ? ? (j = ThreadLocalRandom.current().nextInt(bound)) == f) {
? ? ? ? ? ?assertTrue(0 <= j && j < bound);
? ? ? ? ? ?++i;
? ? ? }
? ? ? ?assertTrue(i < NCALLS);
? }
}
- SplittableRandom 類
非線程安全，但可以 fork 的隨機序列實現，適用于拆分子任務的場景。
/**
* Repeated calls to nextLong produce at least two distinct results
*/
public void testNextLong() {
? ?SplittableRandom sr = new SplittableRandom();
? ?long f = sr.nextLong();
? ?int i = 0;
? ?while (i < NCALLS && sr.nextLong() == f)
? ? ? ?++i;
? ?assertTrue(i < NCALLS);
}
為什么需要增強？
- 上述幾個類實現代碼質量和接口抽象不佳
- 缺少常見的偽隨機算法
- 自定義擴展隨機數的算法只能自己去實現，缺少統一的接口
增強后是什么樣的？
代碼的優化自不必說，我們就看下新增了哪些常見的偽隨機算法
如何使用這個呢？可以使用RandomGenerator
RandomGenerator g = RandomGenerator.of("L64X128MixRandom");
JEP 382：新的macOS渲染管道
使用 Apple Metal API 為 macOS 實現 Java 2D 管道。新管道將減少 JDK 對已棄用的 Apple OpenGL API 的依賴。
目前默認情況下，這是禁用的，因此渲染仍然使用OpenGL API；要啟用metal，應用程序應通過設置系統屬性指定其使用：
-Dsun.java2d.metal=true
Metal或OpenGL的使用對應用程序是透明的，因為這是內部實現的區別，對Java API沒有影響。Metal管道需要macOS 10.14.x或更高版本。在早期版本上設置它的嘗試將被忽略。
新的平臺支持
JEP 391：支持macOS AArch64
將 JDK 移植到 macOS/AArch64 平臺。該端口將允許 Java 應用程序在新的基于 Arm 64 的 Apple Silicon 計算機上本地運行。
舊功能的刪除和棄用
JEP 398：棄用 Applet API
所有網絡瀏覽器供應商要么已取消對 Java 瀏覽器插件的支持，要么已宣布計劃這樣做。 Applet API 已于 2017 年 9 月在 Java 9 中棄用，但并未移除。
JEP 407：刪除 RMI 激活
刪除遠程方法調用 (RMI) 激活機制，同時保留 RMI 的其余部分。
JEP 410：刪除實驗性 AOT 和 JIT 編譯器
實驗性的基于 Java 的提前 (AOT) 和即時 (JIT) 編譯器是實驗性功能，并未得到廣泛采用。作為可選，它們已經從 JDK 16 中刪除。這個 JEP 從 JDK 源代碼中刪除了這些組件。
JEP 411：棄用安全管理器以進行刪除
安全管理器可以追溯到 Java 1.0。多年來，它一直不是保護客戶端 Java 代碼的主要方法，也很少用于保護服務器端代碼。在未來的版本中將其刪除將消除重大的維護負擔，并使 Java 平臺能夠向前發展。
新功能的預覽和孵化API
JEP 406：新增switch模式匹配（預覽版）
允許針對多個模式測試表達式，每個模式都有特定的操作，以便可以簡潔安全地表達復雜的面向數據的查詢。
JEP 412：外部函數和內存api （第一輪孵化）
改進了 JDK 14 和 JDK 15 中引入的孵化 API，使 Java 程序能夠與 Java 運行時之外的代碼和數據進行互操作。通過有效地調用外部函數（即 JVM 之外的代碼）和安全地訪問外部內存，這些 API 使 Java 程序能夠調用本地庫和處理本地數據，而不會像 Java 本地接口 (JNI) 那樣脆弱和復雜。這些 API 正在*項目中開發，旨在改善 Java 和非 Java 代碼之間的交互。
JEP 414：Vector API（第二輪孵化）
如下內容來源于https://xie.infoq.cn/article/8304c894c4e38318d38ceb116，作者是九叔
AVX（Advanced Vector Extensions，高級向量擴展）實際上是 x86-64 處理器上的一套 SIMD（Single Instruction Multiple Data，單指令多數據流）指令集，相對于 SISD（Single instruction, Single dat，單指令流但數據流）而言，SIMD 非常適用于 CPU 密集型場景，因為向量計算允許在同一個 CPU 時鐘周期內對多組數據批量進行數據運算，執行性能非常高效，甚至從某種程度上來看，向量運算似乎更像是一種并行任務，而非像標量計算那樣，在同一個 CPU 時鐘周期內僅允許執行一組數據運算，存在嚴重的執行效率低下問題。
隨著 Java16 的正式來臨，開發人員可以在程序中使用 Vector API 來實現各種復雜的向量計算，由 JIT 編譯器 Server Compiler(C2)在運行期將其編譯為對應的底層 AVX 指令執行。當然，在講解如何使用 Vector API 之前，我們首先來看一個簡單的標量計算程序。示例：
void scalarComputation() {
? ?var a = new float[10000000];
? ?var b = new float[10000000];
? ?// 省略數組a和b的賦值操作
? ?var c = new float[10000000];
? ?for (int i = 0; i < a.length; i++) {
? ? ? ?c[i] = (a[i] * a[i] + b[i] * b[i]) * -1.0f;
? }
}
在上述程序示例中，循環體內每次只能執行一組浮點運算，總共需要執行約 1000 萬次才能夠獲得最終的運算結果，可想而知，這樣的執行效率必然低效。值得慶幸的是，從 Java6 的時代開始，Java 的設計者們就在 HotSpot 虛擬機中引入了一種被稱之為 SuperWord 的自動向量優化算法，該算法缺省會將循環體內的標量計算自動優化為向量計算，以此來提升數據運算時的執行效率。當然，我們可以通過虛擬機參數-XX:-UseSuperWord來顯式關閉這項優化（從實際測試結果來看，如果不開啟自動向量優化，存在約 20%~22%之間的性能下降）。
在此大家需要注意，盡管 HotSpot 缺省支持自動向量優化，但局限性仍然非常明顯，首先，JIT 編譯器 Server Compiler(C2)僅僅只會對循環體內的代碼塊做向量優化，并且這樣的優化也是極不可靠的；其次，對于一些復雜的向量運算，SuperWord 則顯得無能為力。因此，在一些特定場景下（比如：機器學習，線性代數，密碼學等），建議大家還是盡可能使用 Java16 為大家提供的 Vector API 來實現復雜的向量計算。示例：
// 定義256bit的向量浮點運算
static final VectorSpecies<Float> SPECIES = FloatVector.SPECIES_256;
void vectorComputation(float[] a, float[] b, float[] c) {
? ?var i = 0;
? ?var upperBound = SPECIES.loopBound(a.length);
? ?for (; i < upperBound; i += SPECIES.length()) {
? ? ? ?var va = FloatVector.fromArray(SPECIES, a, i);
? ? ? ?var vb = FloatVector.fromArray(SPECIES, b, i);
? ? ? ?var vc = va.mul(va).
? ? ? ? ? ? ? ?add(vb.mul(vb)).
? ? ? ? ? ? ? ?neg();
? ? ? ?vc.intoArray(c, i);
? }
? ?for (; i < a.length; i++) {
? ? ? ?c[i] = (a[i] * a[i] + b[i] * b[i]) * -1.0f;
? }
}
值得注意的是，Vector API 包含在 jdk.incubator.vector 模塊中，程序中如果需要使用 Vector API 則需要在 module-info.java 文件中引入該模塊。：
module java16.test{
? ?requires jdk.incubator.vector;
}
JEP 389：外部鏈接器 API（孵化器）
該孵化器 API 提供了靜態類型、純 Java 訪問原生代碼的特性，該 API 將大大簡化綁定原生庫的原本復雜且容易出錯的過程。Java 1.1 就已通過 Java 原生接口（JNI）支持了原生方法調用，但并不好用。Java 開發人員應該能夠為特定任務綁定特定的原生庫。它還提供了外來函數支持，而無需任何中間的 JNI 粘合代碼。
JEP 393：外部存儲器訪問 API（第三次孵化）
在 Java 14 和 Java 15 中作為孵化器 API 引入的這個 API 使 Java 程序能夠安全有效地對各種外部存儲器（例如本機存儲器、持久性存儲器、托管堆存儲器等）進行操作。它提供了外部鏈接器 API 的基礎。
如下內容來源于https://xie.infoq.cn/article/8304c894c4e38318d38ceb116，作者是九叔
在實際的開發過程中，絕大多數的開發人員基本都不會直接與堆外內存打交道，但這并不代表你從未接觸過堆外內存，像大家經常使用的諸如：RocketMQ、MapDB 等中間件產品底層實現都是基于堆外存儲的，換句話說，我們幾乎每天都在間接與堆外內存打交道。那么究竟為什么需要使用到堆外內存呢？簡單來說，主要是出于以下 3 個方面的考慮：
- 減少 GC 次數和降低 Stop-the-world 時間；
- 可以擴展和使用更大的內存空間；
- 可以省去物理內存和堆內存之間的數據復制步驟。
在 Java14 之前，如果開發人員想要操作堆外內存，通常的做法就是使用 ByteBuffer 或者 Unsafe，甚至是 JNI 等方式，但無論使用哪一種方式，均無法同時有效解決安全性和高效性等 2 個問題，并且，堆外內存的釋放也是一個令人頭痛的問題。以 DirectByteBuffer 為例，該對象僅僅只是一個引用，其背后還關聯著一大段堆外內存，由于 DirectByteBuffer 對象實例仍然是存儲在堆空間內，只有當 DirectByteBuffer 對象被 GC 回收時，其背后的堆外內存才會被進一步釋放。
在此大家需要注意，程序中通過 ByteBuffer.allocateDirect()方法來申請物理內存資源所耗費的成本遠遠高于直接在 on-heap 中的操作，而且實際開發過程中還需要考慮數據結構如何設計、序列化/反序列化如何支撐等諸多難題，所以與其使用語法層面的 API 倒不如直接使用 MapDB 等開源產品來得更實惠。
如今，在堆外內存領域，我們似乎又多了一個選擇，從 Java14 開始，Java 的設計者們在語法層面為大家帶來了嶄新的 Memory Access API，極大程度上簡化了開發難度，并得以有效的解決了安全性和高效性等 2 個核心問題。示例：
// 獲取內存訪問var句柄
var handle = MemoryHandles.varHandle(char.class,
? ? ? ?ByteOrder.nativeOrder());
// 申請200字節的堆外內存
try (MemorySegment segment = MemorySegment.allocateNative(200)) {
? ?for (int i = 0; i < 25; i++) {
? ? ? ?handle.set(segment, i << 2, (char) (i + 1 + 64));
? ? ? ?System.out.println(handle.get(segment, i << 2));
? }
}
關于堆外內存段的釋放，Memory Access API 提供有顯式和隱式 2 種方式，開發人員除了可以在程序中通過 MemorySegment 的 close()方法來顯式釋放所申請的內存資源外，還可以注冊 Cleaner 清理器來實現資源的隱式釋放，后者會在 GC 確定目標內存段不再可訪問時，釋放與之關聯的堆外內存資源。
參考文章
-
https://www.oracle.com/news/announcement/oracle-releases-java-17-2021-09-14/
-
https://openjdk.java.net/projects/amber/
-
https://pdai.tech/md/java/java8up/java17.html
-
https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/api/java.base/java/util/random/package-summary.html
總結
以上是生活随笔為你收集整理的生产升级JDK 17 必读手册的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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