Java 每半年就会更新一次新特性，再不掌握就要落伍了：Java15 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

Java15 是在 2020 年 9 月发布的一个短期版本，新增特性如下：

• JEP 339：Edwards-Curve 数字签名算法
• JEP 360：密封的类和接口（预览功能）
• JEP 371：隐藏类
• JEP 372：移除 Nashorn JavaScript 引擎
• JEP 373：重新实现 DatagramSocket 接口
• JEP 374：禁用偏向锁
• JEP 375：instanceof 匹配模式（第二版预览功能）
• JEP 377：ZGC：可伸缩低延迟垃圾收集器
• JEP 378：文本块
• JEP 379：Shenandoah：低暂停时间垃圾收集器
• JEP 381：移除 Solaris 和 SPARC 端口 API
• JEP 383：外部存储器访问 API（第二版孵化功能）
• JEP 384：Record 类型（第二版预览功能）
• JEP 385：废除 RMI Activation

接下来我们一起看看这些特性。

Edwards-Curve 数字签名算法（JEP 339）

Edwards-Curve 数字签名算法（EdDSA），一种根据 RFC 8032 规范所描述的 Edwards-Curve 数字签名算法（EdDSA）实现加密签名。

EdDSA 是一种现代的椭圆曲线方案，与 JDK 中的现有签名方案相比，EdDSA 具有更高的安全性和性能，因此备受关注。它已经在 OpenSSL 和 BoringSSL 等加密库中得到支持，目前在区块链领域用的比较多。

我们看下官方给的例子：

byte[] msg = "Hello, World!".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);

// example: generate a key pair and sign
KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance("Ed25519");
KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();

// algorithm is pure Ed25519
Signature sig = Signature.getInstance("Ed25519");
sig.initSign(kp.getPrivate());
sig.update(msg);
System.out.println(Hex.encodeHexString(sig.sign()));

// example: use KeyFactory to contruct a public key
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("EdDSA");
NamedParameterSpec paramSpec = new NamedParameterSpec("Ed25519");
EdECPublicKeySpec pubSpec = new EdECPublicKeySpec(paramSpec, new EdECPoint(true, new BigInteger("1")));
PublicKey pubKey = kf.generatePublic(pubSpec);
System.out.println(pubKey.getAlgorithm());
System.out.println(Hex.encodeHexString(pubKey.getEncoded()));
System.out.println(pubKey.getFormat());

例子中 Ed25519 是使用 SHA-512（SHA-2）和 Curve25519 的 EdDSA 签名方案。旨在提供与高质量 128 位对称密码相当的抗攻击能力，公钥长度为 256 位，签名长度为 512 位。

隐藏类（JEP 371）

Java15 引入了一个新的特性：隐藏类（Hidden Classes），一个专为框架而设计的特性。大多数开发人员不会直接使用这个特性，一般是通过动态字节码或 JVM 语言来使用隐藏类。

隐藏类有下面三个特点：

1. 不可发现：在运行时生成内部类对象；
2. 访问控制：只能通过反射访问，不能直接被其他字节码访问；
3. 较短的生命周期：可独立于其他类加载、卸载，且效率很高，能够减少框架的内存占用。

隐藏类的功能特性还是比较有意思的，会涉及类加载、卸载、不可见、反射等很多内容，后续会开文单独聊，文章会放在 从小工到专家的 Java 进阶之旅 专栏中。

重新实现 DatagramSocket 接口（JEP 373）

老的 DatagramSocket API 在 Java15 中被重写，是继 Java14 重写 Socket API 的后续不走。这个特性是 Loom 项目的先决条件。

目前，DatagramSocket和MulticastSocket将所有的套接字委托为java.net.DatagramSocketImpl的实现，根据不同的平台，Unix 平台使用PlainDatagramSocketImpl，Windows 平台使用TwoStackPlainDatagramSocketImpl和DualPlainDatagramSocketImpl。抽象类DatagramSocketImpl是 Java1.1 提供的，功能很少且有一些过时方法，阻碍了 NOI 的实现。

类似于 Java14 中对 Socket API 的重写（参见 Java14 新特性），会在DatagramSocket内部封装一个DatagramSocket实例，将所有调用直接委托给该实例。包装实例或者使用 NIO 的DatagramChannel::socket创建套接字，或者是使用原始DatagramSocket类的实现DatagramSocketImpl实现功能（用于实现向后兼容）。

我们可以看下新的依赖图：

禁用偏向锁（JEP 374）

在 Java15 中，默认禁用偏向锁，弃用了所有相关命令行选项。

偏向锁是 HotSpot 中一种用于减少非竞争锁定开销的优化技术，不过在如今的应用程序中，优化增益不太明显了。

根据官方说法，使用偏向锁增益最多的是大量使用早期同步组件（比如Hashtable、Vector等），随着新的 API 实现和针对多线程场景引入的支持并发的数据结构，偏向锁的锁定及撤销，会带来性能的开销，从而是优化收益降低。

而且随着越来越多的功能特性引入，偏向锁在同步子系统中引入的大量代码，侵入 HotSpot 其他组件，带来代码的复杂性和维护成本，成为代码优化的阻碍。所以官方要将其移除。

不过，有些应用在禁用偏向锁后会出现性能下降，可以使用-XX:+UseBiasedLocking手动开启。

ZGC：可伸缩低延迟垃圾收集器（JEP 377）

ZGC 是在 Java11 引入的（参见 Java11 新特性），一直处于试验阶段，想要体验，需要在参数中使用-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC组合启用，在 Java15 中，ZGC 成为正式特性，想要使用可以直接用命令-XX:+UseZGC就行。

ZGC 是一个重新设计的并发的垃圾回收器，可以极大的提升 GC 的性能，支持任意堆大小而保持稳定的低延迟。从 https://openjdk.java.net/jeps/333 给出的数据可以看出来，在 128G 堆大小的测试中，ZGC 优势明显，找了一张网上的图片：

虽然 ZGC 愿景很好，但是还有很长的路要走，所以默认的垃圾收集器还是 G1。

Shenandoah：低暂停时间垃圾收集器（JEP 379）

Shenandoah 是在 Java12 引入的（参见）Java12 的新特性，本次和 ZGC 一起转正。同样的，想要使用 Shenandoah，不再需要参数-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseShenandoahGC组合，只使用-XX:+UseShenandoahGC即可。需要注意的是，Shenandoah 只在 OpenJDK 中提供，OracleJDK 中并不包含。

文本块（JEP 378）

文本块是千呼万唤终于转正，在 Java13 中首次引入（参见 Java13 的新特性），在 Java14 中又增加了预览特性（参见 Java14 的新特性），终于在 Java15 确定下来，可以放心使用了。

我们再复习一下：

@Test
void testTextBlock() {
    final String singleLine = "你好，我是看山，公众号「看山的小屋」。这行没有换行，而且我的后面多了一个空格 \n 这次换行了";
    final String textBlockSingleLine = """
            你好，我是看山，公众号「看山的小屋」。\
            这行没有换行，而且我的后面多了一个空格、s
            这次换行了""";

    Assertions.assertEquals(singleLine, textBlockSingleLine);
}

这个功能特性是代码可读性的优化。

预览

密封类和接口（JEP 360）

目前，Java 没有提供对继承的细粒度控制，只有 public、protected、private、包内控制四种非常粗粒度的控制方式。

为此，密封类的目标是允许单个类声明哪些类型可以用作其子类型。这也适用于接口，并确定哪些类型可以实现它们。该功能特性新增了sealed和non-sealed修饰符和permits关键字。

我们可以做如下定义：

public sealed class Person permits Student, Worker, Teacher {}

public sealed class Student extends Person
        permits Pupil, JuniorSchoolStudent, HighSchoolStudent, CollegeStudent, GraduateStudent {}

public final class Pupil extends Student {}

public non-sealed class Worker extends Person {}

public class OtherClass extends Worker {}

public final class Teacher extends Person {}

我们可以先定义一个sealed修饰的类Person，使用permits指定被继承的子类，这些子类必须是使用final或sealed或non-sealed修饰的类。其中Student是使用sealed修饰，所以也需要使用permits指定被继承的子类。Worker类使用non-sealed修饰，成为普通类，其他类都可以继承它。Teacher使用final修饰，不可再被继承。

从类图上看没有太多区别：

但是从功能特性上，起到了很好的约束作用，我们可以放心大胆的定义可以公开使用，但又不想被非特定类继承的类了。

instanceof 模式匹配-预览第二版（JEP 375）

instanceof 模式匹配首先在 Java14 中提供预览功能（参见 Java14 特性），可以提供instanceof更加简洁高效的实现，在 Java15 中没有新增特性，主要是为了再次收集反馈，根据结果看，大家还是很期待这个功能，在 Java16 中正式提供。

我们再简单看下instanceof的改进：

@Test
void test1() {
    final Object obj1 = "Hello, World!";
    int result = 0;
    if (obj1 instanceof String str) {
        result = str.length();
    } else if (obj1 instanceof Number num) {
        result = num.intValue();
    }

    Assertions.assertEquals(13, result);
}

Record 类型-预览第二版（JEP 384）

Record 类型用来增强 Java 语言特性，充当不可变数据载体。在 Java14 中提供预览功能（参见 Java14 新特性），在 Java15 中提供第二次预览，这次预览的目标是收集用户反馈。

比如，我们定义一个Person类：

public record Person(String name, String address) {
}

我们转换为之前的定义会是一坨下面这种代码：

public final class PersonBefore14 {
    private final String name;
    private final String address;

    public PersonBefore14(String name, String address) {
        this.name = name;
        this.address = address;
    }

    public String name() {
        return name;
    }

    public String address() {
        return address;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) {
            return true;
        }
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) {
            return false;
        }
        PersonBefore14 that = (PersonBefore14) o;
        return Objects.equals(name, that.name) && Objects.equals(address, that.address);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, address);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "PersonBefore14{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }
}

Record 类型特性有四个特性：

1. 设计一个面向对象的结构，表达简单的信息聚合；
2. 帮助开发人员专注于建模不可变数据，而不是可扩展的行为；
3. 自动实现数据驱动的方法，比如equals、getter、setter等方法；
4. 保留长期存在的 Java 规范，比如迁移兼容性。

我们不能将 Record 类型简单的理解为去除“样板化”代码的功能，它不是解决 JavaBean 命名约定的中很多模板化方法的冗余繁杂问题，它的目标不是类似 Lombok 等工具自动生成代码的功能，是从开发人员专注模型的角度出发的。

孵化

外部存储器访问 API-孵化第二版（JEP 383）

外部存储器访问 API 在 Java14 开始孵化（参见 Java14 新特性），在 Java15 中继续孵化状态，这个版本中增加了几个特性：

• 新的VarHandleAPI，用于定制内存访问句柄；
• 支持Spliterator接口实现并行处理内存段；
• 增强了对映射内存段的支持；
• 能够像本机调用一样操作或间接操作内存地址。

外部内存通常是说那些独立 JVM 之外的内存区域，可以不受 JVM 垃圾收集的影响，通常能够处理较大的内存。

这些新的 API 虽然不会直接影响多数的应用类开发人员，但是他们可以在内存的第三方库中提供支持，包括分布式缓存、非结构化文档存储、大型字节缓冲区、内存映射文件等。

其他

移除 Nashorn JavaScript 引擎（JEP 372）

Nashorn JavaScript 引擎最初在 Java8 中引入（参见 Java8 新特性），在 Java11 被标记为过期，在 Java15 中被删除，包括 Nashorn JavaScript 引擎、API、jjs 工具等内容。

Nashorn JavaScript 引擎是一个 JavaScript 脚本引擎，用来取代 Rhino 脚本引擎，对 ECMAScript-262 5.1 有完整的支持，增强了 Java 和 JavaScript 的兼容性，而且有很强的性能。

随着 GraalVM 和其他虚拟机技术最近的引入，Nashorn 引擎不再在 JDK 生态系统中占有一席之地。而且，ECMAScript 脚本语言结构、API 改变速度太快，Nashorn JavaScript 引擎维护成本太高，所以，直接删了。

移除 Solaris 和 SPARC 端口 API（JEP 381）

Solaris 和 SPARC 都已被 Linux 操作系统和英特尔处理器取代。放弃对 Solaris 和 SPARC 端口的支持将使 OpenJDK 社区的贡献者能够加速开发新功能，从而推动平台向前发展。

Solaris 和 SPARC 端口 API 在 Java14 中标记过时，在 Java15 中彻底移除。仅仅半年就痛下杀手，可见社区对于维护这些 API 深受折磨。

废除 RMI Activation（JEP 385）

RMI Activation 在 Java15 中标记为废除，会在未来版本删除。之所以被删除，是因为在现代的 web 应用中，已经不需要这种激活机制，继续维护，增加了 Java 开发人员的维护负担。在 Java8 的时候，已经将其设置为非必选项。

从开发系统的角度看，虽然 RMI Activation 是一个还不错的设计，但是已经有其他替代方案，继续维护开发下去，成本收益完全不匹配，及早舍弃，可以选择更加优秀的方案。有些类似于零边际成本的思想。

文末总结

本文介绍了 Java15 新增的特性，完整的特性清单可以从 https://openjdk.java.net/projects/jdk/15/ 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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