Java 21 新特性

Java 21 是 Java 语言的一次重要更新，引入了若干新的特性，提升了开发者的编程效率和代码质量。本文将详细介绍 Java 21 的新特性，包括基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。

简介

随着 Java 语言的不断演进，Java 21 在语法、性能和并发模型上进行了多方面的改进。此次更新强调了代码可读性和简洁性，同时提升了并行编程的能力。新的特性帮助开发者更好地应用现代编程理念。

Java 21 新特性概览

Java 21 带来了一系列增强功能，包括但不限于：

1. 模式匹配增强
2. 密封类扩展
3. 记录模式
4. 结构化并发
5. 虚拟线程

模式匹配增强

模式匹配在 Java 中越来越重要，这一模式使得 Java 语言的表达能力得到了极大增强。Java 21 中，模式匹配不仅限于 instanceof，还包括 switch 表达式的新能力。

Object obj = getObject();
switch (obj) {
    case Integer i -> System.out.println("Integer: " + i);
    case String s -> System.out.println("String: " + s);
    default -> System.out.println("Unknown type");
}

可以通过switch表达式来进行简化。将冒号（:）替换为箭头（->），并且switch表达式默认不会失败，所以不需要break。

private static void withSwitchExpression(Fruit fruit) {
    switch (fruit) {
        case APPLE, PEAR -> System.out.println("普通水果");
        case MANGO, AVOCADO -> System.out.println("进口水果");
        default -> System.out.println("未知水果");
    }
}

switch表达式也可以返回一个值，比如上面的例子我们可以让switch返回一个字符串来表示我们要打印的文本。需要注意在switch语句的最后要加一个分号。

private static void withReturnValue(Fruit fruit) {
    String text = switch (fruit) {
        case APPLE, PEAR -> "普通水果";
        case MANGO, AVOCADO -> "进口水果";
        default -> "未知水果";
    };
    System.out.println(text);
}

也可以直接省略赋值动作直接打印。

private static void withReturnValue(Fruit fruit) {
    System.out.println(switch (fruit) {
        case APPLE, PEAR -> "普通水果";
        case MANGO, AVOCADO -> "进口水果";
        default -> "未知水果";
    });
}

如果你想在case里想做不止一件事，比如在返回之前先进行一些计算或者打印操作，可以通过大括号来作为case块，最后的返回值使用关键字yield进行返回。

private static void withYield(Fruit fruit) {
    String text = switch (fruit) {
        case APPLE, PEAR -> {
            System.out.println("给的水果是: " + fruit);
            yield "普通水果";
        }
        case MANGO, AVOCADO -> "进口水果";
        default -> "未知水果";
    };
    System.out.println(text);
}

当然也可以直接使用yield返回结果。

private static void oldStyleWithYield(Fruit fruit) {
    System.out.println(switch (fruit) {
        case APPLE, PEAR:
            yield "普通水果";
        case MANGO, AVOCADO:
            yield "进口水果";
        default:
            yield "未知水果";
    });
}

使用方法

引入的模式匹配允许在 switch 语句中进行更加复杂的匹配和操作。写法简洁，提高可读性。

常见实践

配合使用模式匹配，通常可用于解析复杂对象结构，增强代码灵活性。

最佳实践

• 使用模式匹配替代多重 if-else 判断,及声明break 返回。
• 避免过于深层嵌套。

密封类扩展

密封类在 Java 21 中得到了更多的支持，允许开发者精细控制继承结构。

public sealed class Shape permits Circle, Rectangle {
    //...
}
public final class Circle extends Shape {
    //...
}

使用方法

密封类允许在类声明中明确指定哪些子类可以继承它，有助于控制类的层次结构。

常见实践

适用于需要对子类集合做严格控制的业务场景，如几何形状、语法树等高级结构。

最佳实践

• 搭配 sealed、non-sealed 和 final 关键字使用，增强类层次结构的可读性。
• 定义清晰、稳定的子类集合。

记录模式

记录模式提供了一种简洁定义不变数据携带类的方式，并且支持用于模式解析。

record Point(int x, int y) {}

Point p = new Point(3, 4);
System.out.println("Point: " + p.x() + ", " + p.y());

使用方法

记录类自动生成了所有字段的访问器、equals()、hashCode()、toString() 方法，无需手动定义。

常见实践

用于数据传递的简单对象存储，避免重复代码。

最佳实践

• 适用于需要不可变数据的情况。
• 记录类字段应尽量设计为私有和最终，保持其不可变特性。

结构化并发

Java 21 引入了结构化并发，简化复杂的并发结构，提高代码的可维护性。

try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    Future<Integer> future1 = executor.submit(() -> heavyComputation1());
    Future<Integer> future2 = executor.submit(() -> heavyComputation2());

    Integer result1 = future1.get();
    Integer result2 = future2.get();
    System.out.println("Results: " + result1 + ", " + result2);
}

使用方法

通过结构化并发，开发者能够在一个上下文内启动、管理和终结多个并发任务。

常见实践

应用于需要并发执行的任务处理，如并行数据处理和批量计算。

最佳实践

• 合理设计并发边界，确保线程资源有效分配和回收。
• 利用 try-with-resources 保证合集的自动关闭。

虚拟线程

虚拟线程是 Java 21 带来的革命性进展，允许大规模的轻量级线程操作，超越传统线程的限制。

Thread.startVirtualThread(() -> {
    System.out.println("Running in a virtual thread");
});

使用方法

虚拟线程通过 Thread.startVirtualThread 创建，能够高效处理 I/O 密集型应用。

常见实践

特别适用于高并发、 I/O 重的应用场景，如 web 服务器请求。

最佳实践

• 使用虚拟线程作为默认并发模型，减少阻塞操作。
• 组合使用结构化并发，进一步强化模型的灵活性。

小结

Java 21 为开发者提供了众多新特性，从语言结构到并发模型，提升了开发的效率和代码的简洁性。通过学习这些新特性，开发者能编写更具表现力和可维护性的代码，同时应根据具体需求合理选择应用场景。

参考资料

• OpenJDK官方网站
• Java 21 官方发布说明
• Java Mangazine
• 技术栈网站