Java17新特性深度解析

好的，我们来详细解析 Java 17 及之后引入的一些重要新特性。Java 17 是一个长期支持版本，包含了许多增强语言表达力、开发效率和性能的特性。

1. 密封类 (Sealed Classes - JEP 409)

目的： 限制哪些类或接口可以继承或实现它们，提供了更精细的继承控制。

语法： 使用 sealed 修饰符声明类或接口，并使用 permits 子句明确指定允许的子类。

java 复制代码

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

关键点：
- 允许的子类必须是 final, sealed, 或 non-sealed。
- non-sealed 类可以打破密封性，允许任意扩展。
- 增强了模式匹配（见下文）的能力。
- 提高了代码的安全性和可维护性。

2. 模式匹配的增强

a. switch 的模式匹配 (JEP 406 - 预览于 17, JEP 420 - 二次预览于 18, JEP 427 - 三次预览于 19, 最终定案于 JEP 433 - Java 20)

目的： 简化基于类型和结构的条件分支代码。

特性：

类型匹配模式： 在 case 标签中直接匹配类型并绑定变量。

java 复制代码

Object obj = ...;
switch (obj) {
    case String s -> System.out.println("String: " + s);
    case Integer i -> System.out.println("Integer: " + i);
    case null -> System.out.println("Null!");
    default -> System.out.println("Other");
}

守卫条件 (Guard)： 在模式后使用 when 添加额外的布尔条件。

java 复制代码

switch (obj) {
    case String s when s.length() > 5 -> System.out.println("Long string");
    case String s -> System.out.println("Short string");
    // ...
}

模式匹配记录 (Record Patterns - JEP 405 - 预览于 19, JEP 432 - 二次预览于 20, JEP 440 - Java 21):

java 复制代码

record Point(int x, int y) {}
Point p = new Point(3, 4);
if (p instanceof Point(int x, int y)) { // 解构记录
    System.out.println(x + ", " + y);
}

模式匹配 null: 显式处理 null 情况。

b. instanceof 的模式匹配 (JEP 394 - Java 16)

目的： 将类型检查和变量绑定合并为一步。

语法：

java 复制代码

if (obj instanceof String s) {
    // 在这里可以直接使用变量 s，它已经被转换为 String 类型
    System.out.println(s.length());
}

3. 文本块 (Text Blocks - JEP 378 - Java 15)

目的： 简化多行字符串字面量的书写，提高可读性。

语法： 使用三个双引号 """ 作为定界符。

java 复制代码

String html = """
             <html>
                 <body>
                     <p>Hello, World!</p>
                 </body>
             </html>
             """;

特点：
- 自动处理缩进（去除共同的前导空白）。
- 保留换行符。
- 可以使用 \ 避免行尾换行，或 \s 表示一个空格。

4. Record 类 (Record Classes - JEP 395 - Java 16)

目的： 创建不可变的数据载体类，减少样板代码。
语法：
java 复制代码
```
public record Point(int x, int y) {}
```
编译器自动生成：
- final 类。
- 所有字段 (private final) 和对应的访问器方法 (x(), y())。
- 规范的构造函数。
- equals(), hashCode(), toString() 方法。
限制： 不能显式继承其他类（隐含继承 Record），字段不可变。

5. 外部函数和内存 API (Foreign Function & Memory API - JEP 412 - 孵化于 16, JEP 419 - 二次孵化于 17, JEP 424 - Java 19 预览, JEP 434 - Java 20 二次预览)

目的： 提供一套安全、高效的 API，用于替代 JNI，访问本地代码（如 C 库）和管理堆外内存。
核心接口： MemorySegment, MemoryAddress, SegmentAllocator, SymbolLookup, FunctionDescriptor, Linker, MethodHandle。

示例 (概念性):

java 复制代码

// 查找 C 标准库中的 strlen 函数
Linker linker = Linker.nativeLinker();
SymbolLookup stdLib = linker.defaultLookup();
MethodHandle strlenHandle = linker.downcallHandle(
    stdLib.lookup("strlen").get(),
    FunctionDescriptor.of(ValueLayout.JAVA_LONG, ValueLayout.ADDRESS)
);
// 分配内存并存储字符串
try (MemorySegment cString = SegmentAllocator.implicitAllocator().allocateUtf8String("Hello")) {
    long length = (long) strlenHandle.invoke(cString); // 调用 strlen
    System.out.println(length);
}

优点： 更安全（内存访问边界检查），性能更好，更符合 Java 习惯。

6. NullPointerException 增强信息 (JEP 358 - Java 14)

目的： 更清晰地指出 NullPointerException 发生的确切原因。

行为： 当 JVM 抛出 NullPointerException 时，消息会指出哪个变量是 null。

复制代码

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "someString" is null

7. Vector API (孵化器阶段)

目的： 表达向量计算，这些计算可以在运行时编译成支持的 CPU 架构上的最优向量指令，从而获得优于等效标量计算的性能。
状态： 从 Java 16 (JEP 338) 开始孵化，经历了多个孵化版本 (JEP 414, JEP 417, JEP 423)，在 Java 19 (JEP 426) 进入第四轮孵化，Java 20 (JEP 438) 进入第五轮孵化。尚未转正。
核心类： VectorSpecies, Vector.

8. 结构化并发 (Structured Concurrency - 孵化器阶段)

目的： 将多个并发任务视为一个工作单元，简化错误处理和取消操作，提高可靠性并增强可观测性。
状态： 最初作为 Project Loom 的一部分孵化，Java 19 (JEP 428) 作为孵化 API 引入，Java 20 (JEP 437) 进入第二轮孵化。
核心 API： StructuredTaskScope.

9. 其他值得注意的特性

增强的伪随机数生成器 (JEP 356 - Java 17): 提供新的接口类型 RandomGenerator 和工厂方法，更灵活地获取各种 PRNG 算法。
新的 macOS 渲染管道 (JEP 382 - Java 17): 使用 Apple Metal API 为 macOS 实现 Java 2D 渲染管道。
弃用 Applet API (Java 17): 标记为移除。
强封装 JDK 内部元素 (JEP 403 - Java 17): 默认情况下强封装 JDK 内部 API，移除 --illegal-access 标志。
移除 RMI 激活 (JEP 398 - Java 15): 移除 RMI 激活机制。
基于 Unix-Domain Socket 的 Channels (JEP 380 - Java 16): 增加对 Unix-Domain Socket 的支持。
Elastic Metaspace (JEP 387 - Java 16): 改进元空间内存管理，减少占用并提高性能。

总结

Java 17 及后续版本在语言层面（密封类、模式匹配、记录类、文本块）、并发模型（结构化并发）、本地互操作性（FFM API）和性能（Vector API）等方面都带来了显著改进。密封类和增强的模式匹配共同提升了代码的表达力和安全性。记录类和文本块减少了样板代码。FFM API 为安全高效的本地交互铺平了道路。开发者应关注这些特性，特别是 Java 17 作为 LTS 版本的重要性。