Java 语言演进：从 Java 7 到 Java 21 那些重大的变革

第一章 Java 版本更替

1.1 发布节奏变革

时期	发布策略	代表版本
2011 年之前	不定期大版本	Java 5/6/7
2017 年 9 月起	每 6 个月固定发布	Java 9 → Java 25+
LTS 策略	每 2~3 年指定一个 LTS	7, 8, 11, 17, 21

核心理念 ：自 Java 9 起，Oracle 采用"列车发布模型"（Time-Train Release），每 6 个月交付一个版本。特性先以 Preview（预览） 状态引入，经社区反馈迭代后转为 正式（GA） 状态。

1.2 演进主线

Java 7（语法糖）
   ↓
Java 8（函数式编程：Lambda + Stream）
   ↓
Java 9-11（模块化 + 类型推断 + HTTP/2）
   ↓
Java 12-15（Switch 表达式 + 文本块 + Records 预览）
   ↓
Java 16-17（Records/密封类/模式匹配 instanceof 正式版）
   ↓
Java 18-20（Scoped Values + 虚拟线程预览孵化）
   ↓
Java 21（虚拟线程 + Switch 模式匹配 + Record Patterns + 顺序集合）

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第二章 Java 7 --- 语法糖与开发体验优化

发布日期 ：2011年7月 | 状态 ： LTS | 代号：Project Coin

2.1 try-with-resources（自动资源管理）

背景 ：Java 6 及以前版本中，开发者必须在 finally 块中手动关闭资源（如流、连接），代码冗长且易出错。

语法规则：

// 资源声明在 try() 中，需实现 AutoCloseable 接口
try (ResourceType resource = new ResourceType()) {
    // 使用资源
} catch (ExceptionType e) {
    // 处理异常
}
// 资源自动关闭，无需 finally

对比：

// ===== Java 6 及之前 =====
FileInputStream fis = null;
try {
    fis = new FileInputStream("file.txt");
    // 读取文件...
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    if (fis != null) {
        try { fis.close(); } catch (IOException e) { /* 忽略 */ }
    }
}

// ===== Java 7 =====
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt")) {
    // 读取文件...
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

应用场景：所有涉及 I/O 流、数据库连接、网络连接等需要显式关闭的资源。

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2.2 多异常捕获（Multi-Catch）

语法规则：

// 使用 | 分隔多种异常类型
try {
    // 可能抛出 IOException 或 SQLException 的代码
} catch (IOException | SQLException e) {
    // 统一处理，e 的类型为两种异常的最近公共父类
    logger.error("操作失败", e);
}

与旧版对比 ：Java 6 中需为每种异常编写单独的 catch 块，导致大量重复代码。

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2.3 菱形运算符（Diamond Operator）

// Java 6：冗余的类型声明
Map<String, List<Integer>> map = new HashMap<String, List<Integer>>();

// Java 7：编译器自动推断泛型类型
Map<String, List<Integer>> map = new HashMap<>();

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2.4 switch 支持 String

String command = "start";
switch (command) {       // Java 7 之前只支持 byte/short/int/char/enum
    case "start":
        System.out.println("启动服务");
        break;
    case "stop":
        System.out.println("停止服务");
        break;
    default:
        System.out.println("未知命令");
}

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2.5 数字字面量增强

int binary = 0b1010_0001;       // 二进制字面量 + 下划线分隔
long creditCard = 1234_5678_9012_3456L;  // 提升可读性
int hex = 0xFF_EC_DE_5E;        // 十六进制也可使用

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第三章 Java 8 --- 函数式编程

发布日期 ：2014年3月 | 状态： LTS（最具里程碑意义的版本）

3.1 Lambda 表达式

背景：Java 一直缺乏将行为（函数）作为参数传递的能力。匿名内部类虽可实现类似效果，但语法冗长。Lambda 表达式的引入使 Java 具备了函数式编程的核心能力。

语法规则：

// 基本形式
(parameters) -> expression
(parameters) -> { statements; }

// 类型可省略（编译器推断）
// 单参数可省略括号
// 单表达式可省略大括号和 return

实际示例：

// ===== Java 7：匿名内部类 =====
Collections.sort(list, new Comparator<String>() {
    @Override
    public int compare(String a, String b) {
        return a.length() - b.length();
    }
});

// ===== Java 8：Lambda =====
Collections.sort(list, (a, b) -> a.length() - b.length());

// 进一步简化：方法引用
list.sort(Comparator.comparingInt(String::length));

核心约束：

• Lambda 只能赋值给函数式接口（仅含一个抽象方法的接口）
• Lambda 中 this 指向外部类实例（不同于匿名内部类）
• 变量捕获遵循 effectively final 规则

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3.2 函数式接口（Functional Interfaces）

@FunctionalInterface  // 编译期校验
public interface Predicate<T> {
    boolean test(T t);
}

内置核心函数式接口 （java.util.function 包）：

接口	方法签名	用途
Predicate<T>	boolean test(T t)	条件判断
Function<T,R>	R apply(T t)	数据转换
Consumer<T>	void accept(T t)	消费处理
Supplier<T>	T get()	数据供给
BiFunction<T,U,R>	R apply(T t, U u)	双参数转换
UnaryOperator<T>	T apply(T t)	一元运算

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3.3 Stream API

背景：集合操作的痛点在于：外部迭代导致代码冗长、难以并行化、无法进行链式操作。Stream API 引入了声明式的数据处理管道。

语法规则：

// 流水线模型：Source → Intermediate Operations → Terminal Operation
stream()
    .filter(...)      // 过滤（中间操作，惰性求值）
    .map(...)         // 映射（中间操作，惰性求值）
    .sorted(...)      // 排序（中间操作，有状态）
    .collect(...)     // 收集（终端操作，触发执行）

实际示例：

// 需求：找出所有价格 > 100 的商品名称，按价格降序排列
List<String> expensiveNames = products.stream()
    .filter(p -> p.getPrice() > 100)
    .sorted(Comparator.comparingDouble(Product::getPrice).reversed())
    .map(Product::getName)
    .collect(Collectors.toList());

// 并行流（利用多核 CPU）
long count = hugeList.parallelStream()
    .filter(x -> x > 0)
    .count();

与旧版对比：

// Java 7：命令式
List<String> result = new ArrayList<>();
for (Product p : products) {
    if (p.getPrice() > 100) {
        result.add(p.getName());
    }
}
Collections.sort(result, /* ... */);

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3.4 Optional

背景 ：NullPointerException 是 Java 中最常见的运行时异常。Optional 提供了一种显式表达"值可能不存在"的容器类型。

// 创建
Optional<String> opt = Optional.of("hello");        // 值不能为 null
Optional<String> opt = Optional.ofNullable(null);   // 值可为 null
Optional<String> empty = Optional.empty();

// 使用
String name = optional.orElse("默认名称");
String name = optional.orElseGet(() -> computeDefault());
optional.ifPresent(n -> System.out.println(n));
String upper = optional.map(String::toUpperCase).orElse("");

最佳实践 ：Optional 应用于方法返回值，不应用于字段或方法参数。

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3.5 接口默认方法与静态方法

public interface Collection<E> {
    // 默认方法：不破坏已有实现
    default Stream<E> stream() {
        return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
    }

    // 静态方法
    static <T> Collection<T> empty() {
        return Collections.emptyList();
    }
}

设计意义 ：允许在不破坏向后兼容性的情况下向接口添加新方法（Java 8 为已有集合接口添加 stream() 方法正是依赖此特性）。

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3.6 新日期时间 API（java.time）

// 不可变、线程安全的日期时间类
LocalDate today = LocalDate.now();                   // 2026-06-28
LocalTime now = LocalTime.of(14, 30, 15);
LocalDateTime dateTime = LocalDateTime.now();
ZonedDateTime zdt = ZonedDateTime.now(ZoneId.of("Asia/Shanghai"));

// 日期运算
LocalDate nextWeek = today.plusWeeks(1);
Period period = Period.between(startDate, endDate);
Duration duration = Duration.between(startTime, endTime);

// 格式化
DateTimeFormatter fmt = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
String formatted = dateTime.format(fmt);

与旧版对比 ：java.util.Date 和 Calendar 可变、非线程安全、API 设计不合理。

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3.7 方法引用（Method References）

// 四种形式
Function<String, Integer> f1 = Integer::parseInt;     // 静态方法引用
Consumer<String> f2 = System.out::println;             // 实例方法引用（特定对象）
Function<String, String> f3 = String::toUpperCase;     // 实例方法引用（任意对象）
Supplier<ArrayList<String>> f4 = ArrayList::new;       // 构造方法引用

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3.8 CompletableFuture

// 异步编程，支持链式组合
CompletableFuture.supplyAsync(() -> fetchUser(userId))
    .thenApply(user -> user.getEmail())
    .thenCompose(email -> sendNotificationAsync(email))
    .exceptionally(ex -> { log.error("失败", ex); return null; })
    .join();

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第四章 Java 9 --- 模块化时代

发布日期 ：2017年9月 | 状态：非 LTS

4.1 模块化系统（Project Jigsaw / JPMS）

背景 ：随着 JDK 体积不断膨胀（rt.jar 超过 60MB），JVM 启动时需加载整个运行时库。同时，public 类的可见性无法在包级别之上进行有效控制，导致 API 边界模糊。

语法规则：

// module-info.java
module com.example.app {
    requires java.base;                    // 隐式依赖，可省略
    requires java.sql;                     // 普通依赖
    requires transitive java.logging;      // 传递依赖

    exports com.example.api;               // 导出公共 API
    exports com.example.util to com.example.test; // 限定导出

    opens com.example.model to com.google.gson;   // 反射访问（运行时）

    uses com.example.spi.Plugin;           // 服务消费者
    provides com.example.spi.Plugin with com.example.impl.MyPlugin; // 服务提供者
}

核心概念：

关键字	含义
requires	声明模块依赖
exports	声明哪些包对外可见
opens	允许反射访问（运行时）
uses / provides	服务发现机制

与旧版对比 ：Java 8 中所有 public 类对 classpath 上的所有代码可见，无法实现真正的封装。

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4.2 JShell --- 交互式编程工具

$ jshell
jshell> int x = 10;
x ==> 10
jshell> System.out.println(x * 2);
20
jshell> /list    # 查看历史代码
jshell> /save session.java  # 保存会话

应用场景：快速验证代码片段、教学演示、调试探索。

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4.3 集合工厂方法

// Java 8：创建不可变集合非常冗长
List<String> list = Collections.unmodifiableList(Arrays.asList("a", "b", "c"));

// Java 9：简洁的工厂方法
List<String> list = List.of("a", "b", "c");
Set<String> set = Set.of("a", "b", "c");
Map<String, Integer> map = Map.of("a", 1, "b", 2);
Map<String, Integer> map2 = Map.ofEntries(
    Map.entry("a", 1),
    Map.entry("b", 2)
);

注意 ：List.of() 返回的是不可变 集合，不支持 add()/remove() 操作。

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4.4 接口私有方法

public interface Logger {
    default void logInfo(String msg) { log("INFO", msg); }
    default void logError(String msg) { log("ERROR", msg); }

    // 私有方法：复用默认方法中的逻辑
    private void log(String level, String msg) {
        System.out.println("[" + level + "] " + msg);
    }
}

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4.5 改进的 Stream API

// takeWhile：取满足条件的前缀元素
Stream.of(1, 2, 3, 4, 1, 2).takeWhile(n -> n < 4);  // [1, 2, 3]

// dropWhile：丢弃满足条件的前缀元素
Stream.of(1, 2, 3, 4, 1, 2).dropWhile(n -> n < 4);  // [4, 1, 2]

// iterate 增加终止条件（类似 for 循环）
Stream.iterate(0, n -> n < 100, n -> n + 2)  // 0, 2, 4, ..., 98
    .forEach(System.out::println);

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4.6 响应式流（Reactive Streams）

// java.util.concurrent.Flow（发布-订阅模型）
// 为后续的响应式编程框架（如 RxJava、Project Reactor）提供了标准接口
Flow.Publisher<Item> publisher = ...;
Flow.Subscriber<Item> subscriber = ...;
publisher.subscribe(subscriber);

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第五章 Java 10 --- 类型推断

发布日期 ：2018年3月 | 状态：非 LTS

5.1 局部变量类型推断（var）

背景：Java 的类型系统虽然保证了安全性，但在局部变量声明时存在大量冗余的类型书写。

语法规则：

// var 只能用于局部变量声明，不能用于字段、方法参数、返回类型
var list = new ArrayList<String>();          // 推断为 ArrayList<String>
var map = new HashMap<String, List<Integer>>();
var stream = list.stream();                  // 推断为 Stream<String>

// 以下用法不合法
var x;                    // 错误：必须初始化
var x = null;             // 错误：无法推断类型
var arr = {1, 2, 3};      // 错误：数组字面量不支持

// Java 10 新增：var 可用于 for 循环和 try-with-resources
for (var entry : map.entrySet()) { ... }
try (var reader = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"))) { ... }

与旧版对比：

// Java 9
Map<String, List<CompletableFuture<String>>> futures = new HashMap<>();

// Java 10
var futures = new HashMap<String, List<CompletableFuture<String>>>();

最佳实践 ：仅在右侧初始化表达式能清晰表达类型时使用 var，避免降低可读性。

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5.2 应用类数据共享（AppCDS）

允许在多个 JVM 实例之间共享类元数据，减少启动时间和内存占用。

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5.3 copyOf() 与 toUnmodifiableList()

var mutableList = new ArrayList<>(List.of("a", "b"));
var immutableCopy = List.copyOf(mutableList);    // 返回不可变副本

// Collector 直接收集为不可变集合
var result = stream.collect(Collectors.toUnmodifiableList());

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第六章 Java 11 --- HTTP 客户端与字符串增强

发布日期 ：2018年9月 | 状态： LTS

6.1 新 HTTP 客户端（正式版）

背景 ：HttpURLConnection 是 Java 1.1 时代的产物，API 陈旧、不支持 HTTP/2 和异步调用。

HttpClient client = HttpClient.newHttpClient();

// 同步请求
HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
    .uri(URI.create("https://api.example.com/users"))
    .header("Content-Type", "application/json")
    .POST(HttpRequest.BodyPublishers.ofString("{\"name\":\"Alice\"}"))
    .build();

HttpResponse<String> response = client.send(request,
    HttpResponse.BodyHandlers.ofString());

System.out.println(response.statusCode());
System.out.println(response.body());

// 异步请求
client.sendAsync(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString())
    .thenApply(HttpResponse::body)
    .thenAccept(System.out::println);

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6.2 String 新方法

" hello ".strip();        // "hello"（支持 Unicode 空白）
" hello ".stripLeading(); // "hello "
" hello ".stripTrailing();// " hello"
"".isBlank();              // true（空字符串或仅含空白）
"line1\nline2\nline3".lines();  // Stream<String>: ["line1", "line2", "line3"]
"ha".repeat(3);           // "hahaha"

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6.3 Lambda 中使用 var

// Java 11 允许在 Lambda 参数上使用 var（主要用于添加注解）
(@NotNull var x, @NotNull var y) -> x + y

// 必须所有参数都使用 var 或都不使用

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6.4 单文件源代码运行

# 无需编译，直接运行
$ java HelloWorld.java

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6.5 其他重要变更

特性	说明
ZGC（实验性）	低延迟垃圾回收器
Flight Recorder	开源（原为 Oracle JDK 商业特性）
移除 Java EE 模块	java.xml.ws、java.xml.bind 等被移除
移除 Nashorn	JavaScript 引擎被标记为弃用

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第七章 Java 12~13 --- Switch 表达式与文本块预览

7.1 Switch 表达式（Java 12 预览 / Java 13 第二预览 / Java 14 正式版）

背景 ：传统 switch 语句存在诸多缺陷：fall-through 语义容易出错、不能作为表达式返回值、不支持模式匹配。

// ===== 传统 switch 语句 =====
String result;
switch (day) {
    case MONDAY:
    case FRIDAY:
        result = "工作日";
        break;
    case SUNDAY:
        result = "休息日";
        break;
    default:
        result = "其他";
}

// ===== Java 14+ Switch 表达式 =====
String result = switch (day) {
    case MONDAY, FRIDAY -> "工作日";
    case SUNDAY -> "休息日";
    default -> "其他";
};

// 多语句块使用 yield
int numLetters = switch (day) {
    case MONDAY, FRIDAY, SUNDAY -> 6;
    case TUESDAY -> 7;
    default -> {
        int len = day.toString().length();
        yield len;    // yield 返回值（区别于 return）
    }
};

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7.2 文本块（Java 13 预览 / Java 14 第二预览 / Java 15 正式版）

背景 ：Java 中编写多行字符串（如 SQL、JSON、HTML）需要使用大量 + 拼接和 \n 转义，可读性极差。

// ===== Java 12 及之前 =====
String json = "{\n" +
    "  \"name\": \"Alice\",\n" +
    "  \"age\": 30\n" +
    "}";

// ===== Java 15+ 文本块 =====
String json = """
    {
      "name": "Alice",
      "age": 30
    }
    """;

// 支持转义序列
String code = """
    public class Hello {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("Hello!"); \s
        }
    }
    """;
// \s 保留尾部空格，\ 续行符避免换行

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第八章 Java 14~15 --- Records 预览与 NullPointerException 增强

8.1 Records（Java 14 预览 / Java 15 第二预览 / Java 16 正式版）

背景 ：Java 中定义纯数据载体类（DTO、VO）需要编写大量样板代码（字段、构造器、getter、equals、hashCode、toString）。

语法规则：

// 一行定义完整的数据载体类
public record Point(int x, int y) {}

// 等价于（自动生成）：
// - private final int x, y
// - 全参构造器
// - 访问方法 x(), y()（注意：不是 getX()）
// - equals(), hashCode(), toString()

// 使用
var p = new Point(1, 2);
System.out.println(p.x());          // 1
System.out.println(p);              // Point[x=1, y=2]

高级特性：

public record User(String name, int age) {
    // 紧凑构造器（校验逻辑）
    public User {
        if (age < 0) throw new IllegalArgumentException("年龄不能为负数");
        name = name.strip();  // 规范化
    }

    // 自定义方法
    public boolean isAdult() {
        return age >= 18;
    }

    // 可实现接口
    // 可定义静态字段和方法
    // 不能继承其他类（隐式继承 java.lang.Record）
    // 字段天然不可变（final）
}

与 Lombok @Data 对比：

特性	Record	Lombok @Data
标准化	语言级特性	第三方注解处理器
可变性	不可变	可变
继承	不可继承	可继承
getter 命名	name()	getName()

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8.2 NullPointerException 增强诊断（Java 14）

// Java 13 及之前
Exception: java.lang.NullPointerException

// Java 14+（启用 -XX:+ShowCodeDetailsInExceptionMessages）
Exception: Cannot invoke "String.length()" because "a.b.name" is null
// 精确定位到调用链中哪个环节为 null

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8.3 instanceof 模式匹配（Java 14 预览 / Java 15 第二预览 / Java 16 正式版）

// ===== Java 15 及之前 =====
if (obj instanceof String) {
    String s = (String) obj;    // 冗余的类型转换
    System.out.println(s.length());
}

// ===== Java 16+ =====
if (obj instanceof String s) {  // 类型检查 + 变量绑定一步完成
    System.out.println(s.length());
}

// 可在条件中组合使用
if (obj instanceof String s && s.length() > 5) {
    System.out.println(s.toUpperCase());
}

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8.4 Switch 表达式（Java 14 正式版）

参见7.1节，在 Java 14 中正式成为标准特性。

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第九章 Java 16~17 --- Records 正式版、密封类与模式匹配

Java 16 ：2021年3月 | Java 17：2021年9月 | LTS

9.1 Records 正式版（Java 16）

参见8.1节，在 Java 16 正式成为标准特性。

9.2 instanceof 模式匹配正式版（Java 16）

参见8.3节。

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9.3 密封类（Sealed Classes）（Java 15 预览 / Java 16 第二预览 / Java 17 正式版）

背景 ：Java 中的继承模型只有两个极端选择：final（完全禁止继承）或完全开放（任何人都可以继承）。缺乏中间地带来控制"谁可以继承我"。

语法规则：

// sealed 声明密封类/接口
// permits 列出所有允许的子类（必须在同一模块/包中）
public sealed class Shape
    permits Circle, Rectangle, Triangle {
}

// 子类必须选择：final / sealed / non-sealed 之一
public final class Circle extends Shape {
    private final double radius;
}

public non-sealed class Rectangle extends Shape {
    // non-sealed：重新开放继承
    private final double width, height;
}

public sealed class Triangle extends Shape
    permits IsoscelesTriangle {
    // 继续密封
}

三种子类修饰符：

修饰符	含义
final	终止继承链
sealed	继续控制继承（需声明 permits）
non-sealed	重新开放，任何人都可继承

与模式匹配的组合（Java 21+）：

// 密封类 + switch 模式匹配 = 穷举检查
double area = switch (shape) {
    case Circle c    -> Math.PI * c.radius() * c.radius();
    case Rectangle r -> r.width() * r.height();
    case Triangle t  -> /* ... */ 0;
    // 编译器知道所有子类，无需 default！
};

应用场景：

• 领域模型中有限状态/类型的精确建模
• 与模式匹配配合实现类似 ADT（代数数据类型）的效果
• 替代传统的 Visitor 模式

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9.4 文本块正式版（Java 15）

参见7.2节。

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9.5 其他 Java 17 重要变更

特性	说明
强封装 JDK 内部 API	--illegal-access=deny 成为默认值
新 macOS 渲染管道	基于 Metal 的管道
弃用移除	移除实验性 AOT 和 JIT 编译器
增强的伪随机数生成器	新增 RandomGenerator 接口和多种算法

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第十章 Java 18~20 --- 简单 Web 服务器、Scoped Values 与预览特性孵化

10.1 Java 18（2022年3月，非 LTS）

简单 Web 服务器

# 命令行启动静态文件服务器
$ jwebserver -p 8080 -d /path/to/site
# 输出: Serving /path/to/site on http://127.0.0.1:8080

UTF-8 作为默认字符集

• 整个 JDK 的默认字符集从平台相关改为 UTF-8
• 消除了跨平台编码不一致的问题

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10.2 Java 19（2022年9月，非 LTS）

虚拟线程（Preview）

首次引入虚拟线程预览版（详见 Java 21 章节）。

结构化并发（Incubator）

// 将多个并发子任务绑定为一个单元，统一生命周期管理
try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {
    Future<String> user = scope.fork(() -> fetchUser());
    Future<Integer> order = scope.fork(() -> fetchOrder());
    scope.join();
    scope.throwIfFailed();
    return new Response(user.resultNow(), order.resultNow());
}

Record Patterns（Preview）

// 在 instanceof 中解构 Record
if (obj instanceof Point(int x, int y)) {
    System.out.println(x + y);
}

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10.3 Java 20（2023年3月，非 LTS）

Scoped Values（Incubator）

// 替代 ThreadLocal 的更安全方案
private static final ScopedValue<User> CURRENT_USER = ScopedValue.newInstance();

ScopedValue.runWhere(CURRENT_USER, user, () -> {
    processRequest();  // 在此范围内可通过 CURRENT_USER.get() 获取值
});

unnamed 模式与变量（Preview）

// 使用 _ 忽略不需要的变量
switch (obj) {
    case Integer _ -> System.out.println("是个整数");
    case String _ -> System.out.println("是个字符串");
}

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第十一章 Java 21 --- 虚拟线程、模式匹配 Switch 与 Record 模式

发布日期 ：2023年9月 | 状态： LTS（自 Java 17 以来最重大的 LTS 版本）

11.1 虚拟线程（Virtual Threads）--- JEP 444

背景：传统 Java 线程（平台线程）与操作系统线程 1:1 映射，每个线程默认占用约 1MB 栈内存。在高并发 I/O 密集型场景下（如 Web 服务器处理数万并发连接），创建数千个线程即消耗数 GB 内存，且上下文切换成本高昂。

这是 Project Loom 的核心成果，被誉为"高并发游戏规则改变者"。

语法规则：

// 方式一：直接创建虚拟线程
Thread vt = Thread.ofVirtual()
    .name("vt-", 0)         // 线程名前缀 + 序号
    .unstarted(() -> {
        System.out.println("Hello from virtual thread!");
        System.out.println("Thread: " + Thread.currentThread());
    });
vt.start();

// 方式二：虚拟线程执行器（推荐）
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    IntStream.range(0, 100_000).forEach(i -> {
        executor.submit(() -> {
            Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));  // 阻塞不会浪费 OS 线程
            return i;
        });
    });
}

// 方式三：工厂模式
ThreadFactory factory = Thread.ofVirtual().factory();
Thread vt = factory.newThread(() -> doWork());

与平台线程对比：

特性	平台线程	虚拟线程
映射	1:1（OS 线程）	M:N（JVM 调度）
内存占用	~1MB/线程	~几KB/线程
可创建数量	数千	数百万
阻塞代价	高（占用 OS 线程）	低（自动让出载体线程）
适用场景	CPU 密集型	I/O 密集型
synchronized 支持	✅	✅（但会 pin 载体线程）

最佳实践：

• 使用 ReentrantLock 替代 synchronized（避免 pinning）
• 不要池化虚拟线程（用完即弃）
• 避免长时间 CPU 密集计算（会占用载体线程）

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11.2 Switch 模式匹配（Pattern Matching for switch）--- JEP 441

背景 ：instanceof 模式匹配只解决了类型检查的问题，但当需要对多种类型分别处理时，仍需编写大量 if-else if 链。

// ===== Java 17 及之前 =====
static String format(Object obj) {
    if (obj instanceof Integer i) {
        return "整数: " + i;
    } else if (obj instanceof String s) {
        return "字符串: " + s;
    } else if (obj instanceof Long l) {
        return "长整数: " + l;
    } else {
        return "未知类型";
    }
}

// ===== Java 21 =====
static String format(Object obj) {
    return switch (obj) {
        case Integer i    -> "整数: " + i;
        case String s     -> "字符串: " + s;
        case Long l       -> "长整数: " + l;
        case null         -> "null值";       // 支持 null 分支！
        default           -> "未知类型: " + obj;
    };
}

Guarded Patterns（守卫模式）：

// 在 case 中添加额外条件
String result = switch (obj) {
    case Integer i when i > 0   -> "正整数: " + i;
    case Integer i when i == 0  -> "零";
    case Integer i              -> "负整数: " + i;
    case String s when s.isBlank() -> "空白字符串";
    case String s               -> "字符串: " + s;
    default                     -> "其他";
};

与密封类的完美配合：

sealed interface Expr permits Const, Add, Mul {}
record Const(int value) implements Expr {}
record Add(Expr left, Expr right) implements Expr {}
record Mul(Expr left, Expr right) implements Expr {}

// 编译器可以进行穷举检查，无需 default
int eval(Expr expr) {
    return switch (expr) {
        case Const c    -> c.value();
        case Add a      -> eval(a.left()) + eval(a.right());
        case Mul m      -> eval(m.left()) * eval(m.right());
        // 密封类保证了所有子类已列出，编译器不需要 default
    };
}

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11.3 Record Patterns（记录模式）--- JEP 440

背景 ：Record 提供了数据封装，但提取数据仍需调用访问方法。Record Patterns 允许在模式匹配中解构 Record，直接访问其组件。

record Point(int x, int y) {}
record Line(Point start, Point end) {}

// ===== 不使用 Record Patterns =====
if (obj instanceof Point p) {
    int x = p.x();
    int y = p.y();
    System.out.println(x + y);
}

// ===== 使用 Record Patterns =====
// 一层解构
if (obj instanceof Point(int x, int y)) {
    System.out.println(x + y);
}

// 嵌套解构
if (obj instanceof Line(Point(var x1, var y1), Point(var x2, var y2))) {
    double length = Math.sqrt(Math.pow(x2 - x1, 2) + Math.pow(y2 - y1, 2));
    System.out.println("线段长度: " + length);
}

// 在 switch 中使用
double totalLength = switch (shape) {
    case Circle(var r)              -> 2 * Math.PI * r;
    case Rectangle(var w, var h)    -> 2 * (w + h);
    case Line(Point(var x1, var y1), Point(var x2, var y2)) ->
        Math.sqrt(Math.pow(x2-x1,2) + Math.pow(y2-y1,2));
};

// 在 for-each 中使用
List<Point> points = List.of(new Point(1, 2), new Point(3, 4));
for (Point(var x, var y) : points) {
    System.out.printf("(%d, %d)%n", x, y);
}

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11.4 顺序集合（Sequenced Collections）--- JEP 431

背景 ：Java 集合框架中，List、LinkedHashSet、SortedSet 等都有"有序"的概念，但缺乏统一的接口来访问首/尾元素或反转顺序。

// 新增三个接口
// SequencedCollection<E>  ← 定义有序集合的通用操作
// SequencedSet<E>         ← 有序集合（去重）
// SequencedMap<K,V>       ← 有序映射

// 统一的首尾元素访问
SequencedCollection<String> list = new ArrayList<>(List.of("a", "b", "c"));

list.getFirst();     // "a"
list.getLast();      // "c"
list.addFirst("z");  // ["z", "a", "b", "c"]
list.addLast("d");   // ["z", "a", "b", "c", "d"]
list.reversed();     // ["d", "c", "b", "a", "z"]（反转视图）

// SequencedMap
SequencedMap<String, Integer> map = new LinkedHashMap<>();
map.putFirst("a", 1);
map.putLast("z", 26);
map.firstEntry();    // a=1
map.lastEntry();     // z=26
map.reversed();      // 反转视图

与旧版对比：

// Java 20 及之前：不同集合访问首尾元素的方式不同
list.get(0);                    // List
list.get(list.size() - 1);      // List
set.first();                    // SortedSet
set.last();                     // SortedSet
deque.getFirst();               // Deque
// 没有统一接口！

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11.5 分代 ZGC（Generational ZGC）

# 启用分代 ZGC
-XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational

将堆分为年轻代和老年代，显著降低 GC 停顿时间（亚毫秒级），提升吞吐量。

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11.6 Unnamed Classes 与 Instance Main Methods（Preview）

// 无需类声明、无需 static、无需 String[] args
void main() {
    System.out.println("Hello, World!");
}

设计目标：降低 Java 入门门槛，让初学者从第一行代码就能运行程序。

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11.7 String Templates（Preview --- JEP 430）

// 字符串模板（类似 Kotlin/JavaScript 的模板字符串）
String name = "Alice";
int age = 30;
String msg = STR."Hello, \{name}! You are \{age} years old.";

// 支持表达式
String info = STR."2 + 3 = \{2 + 3}";

// 多行
String json = STR."""
    {
      "name": "\{name}",
      "age": \{age}
    }
    """;

注意：String Templates 在 Java 21 中为 Preview 状态，后续版本中经历了重大重新设计，Java 23 中被移除预览，预计将以全新方案重新引入。

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附录：特性成熟度速查表

🟡 = Preview（预览） | 🟢 = GA（正式版） | ⚪ = Incubator（孵化）

特性	首次预览	正式版	备注
Lambda 表达式	---	Java 8	---
Stream API	---	Java 8	---
Optional	---	Java 8	---
模块化系统	---	Java 9	---
局部变量类型推断 var	---	Java 10	---
HTTP 客户端	Java 9	Java 11	---
Switch 表达式	Java 12	Java 14	---
文本块	Java 13	Java 15	---
Records	Java 14	Java 16	---
instanceof 模式匹配	Java 14	Java 16	---
密封类	Java 15	Java 17	---
虚拟线程	Java 19	Java 21	Project Loom
Switch 模式匹配	Java 17	Java 21	---
Record Patterns	Java 19	Java 21	---
顺序集合	---	Java 21	---
未命名模式与变量 _	Java 21	Java 23	---
实例 main 方法	Java 21	Java 23	---
结构化并发	Java 19⚪	Java 24	---
Scoped Values	Java 20⚪	Java 24	---
Stream Gatherers	Java 22	Java 24	---
字符串模板	Java 21🟡	已移除	重新设计中