Java13 的新特性

你好，我是看山。

本文收录在 《从小工到专家的 Java 进阶之旅》 系列专栏中。

从 2017 年开始，Java 版本更新策略从原来的每两年一个新版本，改为每六个月一个新版本，以快速验证新特性，推动 Java 的发展。从 《JVM Ecosystem Report 2021》 中可以看出，目前开发环境中有近半的环境使用 Java8，有近半的人转移到了 Java11，随着 Java17 的发布，相信比例会有所变化。

因此，准备出一个系列，配合示例讲解，阐述各个版本的新特性。

概述

本文讲解一下 Java13 的特性，这个版本在语法特性上增加不多，值得关注的是两个预览功能：Switch 表达式和文本块，另外可以关乎的是性能优化方面的：动态类数据共享（CDS）存档、ZGC 动态释放未使用内存、Socket API 重构。这些方面可以看出，Java 的升级方向有两个，一是增加功能，增加新的语法特性；二是增强功能，提升已有功能性能。

预览功能

Java13 引入了两个新的语法特性：Switch 表达式和文本块。这些预览功能是为了让开发者尝鲜的同时，可以快速调整，反馈好就留下，不好就移除。目前来看，这些特性还是挺香的。

真香定律

Switch 表达式

在 Java12 中 Switch 表达式首次以预览版的身份出现，在 Java13 中又做了增强，在 Java14 正式提供。Java13 添加了yield关键字，用来返回值。

yield与return的区别在于，yield只会跳出switch块，return是跳出当前方法或循环。

比如下面的例子，在 Java12 之前，要判断日期可以这样写：

@Test
void testSwitch() {
    final DayOfWeek day = DayOfWeek.from(LocalDate.now());
    String typeOfDay = "";
    switch (day) {
        case MONDAY:
        case TUESDAY:
        case WEDNESDAY:
        case THURSDAY:
        case FRIDAY:
            typeOfDay = "Working Day";
            break;
        case SATURDAY:
        case SUNDAY:
            typeOfDay = "Rest Day";
            break;
    }

    Assertions.assertFalse(typeOfDay.isEmpty());
}

在 Java12 提供的 Switch 表达式预览功能，我们可以简化一下：

@Test
void testSwitchExpression() {
    final DayOfWeek day = DayOfWeek.SATURDAY;
    final String typeOfDay = switch (day) {
        case MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY -> "Working Day";
        case SATURDAY, SUNDAY -> "Day Off";
    };

    Assertions.assertEquals("Day Off", typeOfDay);
}

这样可以实现判断，但是没有办法在表达式中实现其他逻辑了。于是 Java13 补齐了这个功能：

@Test
void testSwitchExpression13() {
    final DayOfWeek day = DayOfWeek.SATURDAY;
    final String typeOfDay = switch (day) {
        case MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY -> {
            System.out.println("Working Day: " + day);
            yield "Working Day";
        }
        case SATURDAY, SUNDAY -> {
            System.out.println("Day Off: " + day);
            yield "Day Off";
        }
    };

    Assertions.assertEquals("Day Off", typeOfDay);
}

这里需要说明一下，既然是预览功能，会与正式提供功能有些出入。上面的代码是在 Java14 环境中编写，与 Java13 发布的功能描述有些差异，这点不必深究，已经废弃的约束就是不存在。

文本块

一直以来，Java 中的字符串定义都是以双引号括起来的形式，不支持多行书写，所以在需要多行字符串中，需要使用转义符表示，既不好看、还不好读，更不好维护。

千呼万唤始出来，终于有了文本块功能。

比如，我们想要写一段 Json 格式的数据，Java13 之前需要写成：

String json = "{\n"
        + "  \"wechat\": \"hellokanshan\",\n"
        + "  \"wechatName\": \"看山、",\n"
        + "  \"mp\": \"kanshanshuo\",\n"
        + "  \"mpName\": \"看山的小屋、"\n"
        + "}\n";

但是在 Java13 预览版中可以写作：

String json2 = """
        {
          "wechat": "hellokanshan",
          "wechatName": "看山",
          "mp": "kanshanshuo",
          "mpName": "看山的小屋"
        }
        """;

少了很多的+、换行、转移等字符，看着更加直观。

这个功能在 Java15 中正式提供。

动态类数据共享（CDS）存档

CDS 是 Java5 引入的一种类预处理方式，可以将一组类共享到一个归档文件中，借助内存映射加载类数据，减少启动时间，并可实现在多 JVM 之间共享的功能。在 Java10 对其进行扩展，增大了 CDS 使用范围，即 AppCDS（参见 Java10 新特性）。到了 Java12，将 CDS 归档文件作为了默认功能开放出来（参见 Java12 新特性）。

但是这个功能在使用的时候还是有些麻烦。为了生成归档文件，开发人员必须先对应用程序进行试运行，创建一个类列表，然后将其转储到归档文件中。然后，这个归档才可以用来在 JVM 之间共享元数据。

Java13 简化了这个过程：允许 Java 应用在运行结束后动态归档，即将已被加载但不属于 CDS 的类（包括自定义类和引用库的类）动态添加到 CDS 归档文件中。不用再提供归档类的列表，通过更加简洁的方式创建包含应用程序的归档。

我们可以使用-XX:ArchiveClassesAtExit参数控制应用程序退出时创建 CDS 归档文件：

java -XX:ArchiveClassesAtExit=<archive filename> -cp <app jar> AppName

也可以使用-XX:SharedArchiveFile来使用动态存档功能：

java -XX:SharedArchiveFile=<archive filename> -cp <app jar> AppName

ZGC 增强：释放未使用内存

ZGC 是 Java11 中引入的一个可伸缩、低延迟的垃圾收集器，主要目标包括：GC 停顿时间不超过 10ms；可以处理从几百 MB 的小堆，到几个 TB 的大堆；应用吞吐能力不会下降超过 15%等（参见 Java11 的新特性）。

但是 ZGC 并没有像 Hotspot 中的 G1 和 Shenandoah 那样，可以主动释放未使用的内存，对于多数应用程序来说，CPU 和内存都是稀缺资源，尤其是现在云上环境和虚拟化技术，如果应用程序占用的内存长期处于空闲状态，还紧握住不释放，就是极大的浪费。

在 Java13 中对其进行改进，包括：

  • 可释放空闲内存
  • 支持的最大堆大小从 4TB 扩大到 16TB

我们来看下 ZGC 的内部逻辑。

ZGC 堆由一组称为 ZPages 的堆区域组成，每个 ZPage 都与提交的堆内存的可变数量相关联。当 ZGC 压缩堆时，ZPages 被释放并插入到页面缓存 ZPageCache 中，页面缓存中的 ZPages 可以重新使用，以满足新的堆分配。

ZPageCache 中的 ZPages 集合代表堆中未使用的部分，这部分可以释放回操作系统。ZPageCache 中的 ZPages 根据 LRU（最近最少使用）排序，并按照大中小进行分组。这样的话就可以根据算法按顺序释放未使用的内存。

Java13 还提供了-XX:ZUncommitDelay=<seconds>命令，用于指定释放多长时间（默认是 5 分钟）未使用的内存，这个参数类似于 Shenandoah 中的-XX:ShenandoahUncommitDelay=<milliseconds>。

在 Java13 中，ZGC 内存释放功能默认开启，可通过参数-XX:-ZUncommit关闭该功能。由于 ZGC 释放内存时，不会低于最小堆内存，即当最小堆内存（-Xms）与最大堆内存（-Xmx）一样时，不会自动释放。

Socket API 重构

Java 中的 Socket 是从 Java1.0 开始就有的，是 Java 中不可或缺的网络 API，算起来已经服役 20 多年了。在这段时间内，信息技术已经发生了很多变化，这些上古 API 有一定的局限性，而且不容易维护和调试。

Java 的 Socket API 主要包括java.net.ServerSocket和java.net.Socket，ServerSocket用来监听连接请求的端口，连接成功后返回的是Socket对象，可以通过操作Socket对象实现数据发送和读取。Java 是通过SocketImpl实现这些功能。

在 Java13 之前，通过SocketImpl的子类PlainSocketImpl实现。在 Java13 中，引入NioSocketImpl实现，该实现以 NIO 为基础，与高速缓冲机制集成，实现非阻塞式网络。

如果想用回PlainSocketImpl，可以设置启动参数-Djdk.net.usePlainSocketImpl=true即可。

文末总结

本文介绍了 Java13 新增的特性，完整的特性清单可以从https://openjdk.java.net/projects/jdk/13/查看。后续内容会发布在 从小工到专家的 Java 进阶之旅 系列专栏中。

青山不改，绿水长流，我们下次见。

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