Java 18 新特性

Java 作为一门广泛应用于企业级开发和系统编程的编程语言，一直以来都在不断进化和改进。2022 年发布的 Java 18 版本为开发者带来了一些新的特性和改进，这些特性不仅提升了开发效率，还进一步增强了 Java 语言的功能和灵活性。本文将深入探讨 Java 18 的主要新特性及其应用场景。

一、新特性概述

Java 18 版本的主要新特性包括：

1. UTF-8 默认字符集
2. 简化的 Web 服务器 API
3. Vector API 第二孵化版
4. Pattern Matching for switch 第三预览版
5. Code Snippets in Java API Documentation 第三预览版
6. 重新启用 Finalization 和弃用 AppCDS
7. Foreign Function & Memory API 第二孵化版

这些新特性不仅改善了开发者的编码体验，还提高了应用程序的性能和可维护性。

二、详细介绍新特性

1. UTF-8 默认字符集

在 Java 18 之前，Java 应用程序的默认字符集取决于操作系统的区域设置。这种情况可能导致在不同平台上运行时出现字符编码问题。Java 18 将 UTF-8 设为默认字符集，这意味着无论操作系统的区域设置如何，Java 应用程序都将使用 UTF-8 进行编码和解码。

应用场景：

• 跨平台开发：确保应用程序在不同操作系统上运行时字符编码一致。
• 国际化支持：UTF-8 能更好地支持多语言环境，特别是在处理非 ASCII 字符时。

示例代码：

import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Locale;

public class Utf8Example {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Default Charset: " + StandardCharsets.UTF_8);
        String text = "你好, Java 18!";
        byte[] bytes = text.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        String decodedText = new String(bytes, StandardCharsets.UTF_8);
        System.out.println("Decoded Text: " + decodedText);
    }
}

2. 简化的 Web 服务器 API

Java 18 引入了一个新的简单 Web 服务器 API，适用于测试、原型开发和小规模应用。这一新 API 提供了一个简单的方法来创建 HTTP 服务器，减少了配置和代码量。

应用场景：

• 快速原型开发：无需复杂配置即可启动一个 HTTP 服务器，方便快速验证想法。
• 测试环境：轻量级 HTTP 服务器适用于集成测试和功能测试。

示例代码：

import com.sun.net.httpserver.HttpServer;
import com.sun.net.httpserver.HttpHandler;
import com.sun.net.httpserver.HttpExchange;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.InetSocketAddress;

public class SimpleHttpServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        HttpServer server = HttpServer.create(new InetSocketAddress(8000), 0);
        server.createContext("/hello", new HelloHandler());
        server.setExecutor(null); // 使用默认的执行器
        server.start();
        System.out.println("Server started on port 8000");
    }

    static class HelloHandler implements HttpHandler {
        @Override
        public void handle(HttpExchange exchange) throws IOException {
            String response = "Hello, World!";
            exchange.sendResponseHeaders(200, response.length());
            OutputStream os = exchange.getResponseBody();
            os.write(response.getBytes());
            os.close();
        }
    }
}

3. Vector API 第二孵化版

Vector API 提供了一种新的方式来编写高性能的向量化计算代码。向量化计算可以显著提高某些计算密集型任务的性能，如图像处理、信号处理和科学计算。

应用场景：

• 高性能计算：提高计算密集型任务的执行效率。
• 数值分析：加速大规模矩阵运算和数值计算。

示例代码：

import jdk.incubator.vector.DoubleVector;
import jdk.incubator.vector.VectorSpecies;

public class VectorExample {
    private static final VectorSpecies<Double> SPECIES = DoubleVector.SPECIES_PREFERRED;

    public static void main(String[] args) {
        double[] a = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0};
        double[] b = {5.0, 6.0, 7.0, 8.0};
        double[] c = new double[a.length];

        for (int i = 0; i < a.length; i += SPECIES.length()) {
            DoubleVector va = DoubleVector.fromArray(SPECIES, a, i);
            DoubleVector vb = DoubleVector.fromArray(SPECIES, b, i);
            DoubleVector vc = va.add(vb);
            vc.intoArray(c, i);
        }

        for (double v : c) {
            System.out.println(v);
        }
    }
}

4. Pattern Matching for switch 第三预览版

Pattern Matching for switch 进一步扩展了 Java 的模式匹配功能，使得 switch 语句可以对多种类型进行模式匹配。这一特性简化了代码逻辑，使得代码更具可读性和维护性。

应用场景：

• 简化代码逻辑：减少繁琐的类型检查和转换代码。
• 提高代码可读性：通过模式匹配使代码更加直观。

示例代码：

public class PatternMatchingSwitch {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = "Hello, Java 18!";
        String result = switch (obj) {
            case Integer i -> "Integer: " + i;
            case String s -> "String: " + s;
            default -> "Unknown type";
        };
        System.out.println(result);
    }
}

5. Code Snippets in Java API Documentation 第三预览版

Java 18 增加了在 API 文档中嵌入代码片段的支持，使得文档更加直观和易于理解。开发者可以在 Javadoc 注释中添加代码片段，直接展示使用示例。

应用场景：

• API 文档：提高文档的可读性和实用性，帮助开发者更好地理解和使用 API。
• 教学示例：在文档中提供具体的使用示例，便于学习和参考。

示例代码：

/**
 * This class demonstrates a simple addition operation.
 * 
 * {@snippet :
 * public static int add(int a, int b) {
 *     return a + b;
 * }}
 */
public class SnippetExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(add(1, 2));
    }

    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

6. 重新启用 Finalization 和弃用 AppCDS

Java 18 重新启用了 Finalization 机制，并计划在未来版本中移除。与此同时，弃用了应用程序类数据共享（AppCDS），建议开发者使用 CDS 替代。

应用场景：

• 资源管理：通过 finalize 方法进行资源清理（虽然不建议使用）。
• 性能优化：使用 CDS 进行类数据共享，提高应用启动速度。

示例代码：

public class FinalizationExample {
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        try {
            System.out.println("Finalize method called");
        } finally {
            super.finalize();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        FinalizationExample example = new FinalizationExample();
        example = null;
        System.gc(); // 提示垃圾收集器进行垃圾收集
    }
}

7. Foreign Function & Memory API 第二孵化版

Foreign Function & Memory API 提供了一种安全、高效的方式来访问本地（非 Java）代码和内存。这一 API 是对 JNI 的现代替代，简化了跨语言互操作和本地内存访问。

应用场景：

• 跨语言调用：与 C/C++ 等其他编程语言进行互操作。
• 高效内存访问：直接访问本地内存，提高性能。

示例代码：

import jdk.incubator.foreign.CLinker;
import jdk.incubator.foreign.MemorySegment;
import jdk.incubator.foreign.ResourceScope;

import java.lang.invoke.MethodHandle;

public class ForeignFunctionExample {
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        CLinker linker = CLinker.systemCLinker();
        MethodHandle strlen = linker.downcallHandle(
            linker.lookup("strlen").get(),
            MethodType.methodType(long.class, MemorySegment.class),
            FunctionDescriptor.of(CLinker.C_LONG, CLinker.C_POINTER)
        );

        try (ResourceScope scope = ResourceScope.newConfinedScope()) {
            MemorySegment cString = CLinker.to