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Java 17揭秘：深入JDK 17的语法新特性

良月柒 • 2024年10月29日 am10:45 • 后端 • 阅读 111 
  Java 17揭秘：深入JDK 17的语法新特性

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引言：JDK 17的里程碑意义

JDK 17的版本定位

JDK 17作为Java长期支持版本（LTS）之一，它不仅继承了之前版本的稳定性和性能，还引入了一系列令人期待的新特性和改进。这些新特性进一步丰富了Java语言的功能，提升了开发效率。

JDK 17对Java生态系统的影响

JDK 17的发布对Java生态系统产生了深远的影响。它不仅为开发者提供了更多的编程工具和选项，还推动了Java在云计算、微服务、大数据等领域的应用发展。

JDK 17的主要新特性

  • 模式匹配：引入了模式匹配特性，简化了代码编写。
  • 密封类：增强了类型安全，限制了继承范围。
  • 异常处理：改进了异常处理机制，使得错误处理更加灵活。
  • I/O特性：引入了新的文件系统API和管道API，增强了I/O操作。
  • 强封装：限制了内部API的可见性，提高了模块化程度。
  • 外部函数和内存API：提升了与本地代码的互操作性，增强了性能。
  • 垃圾收集器改进：对G1和ZGC垃圾收集器进行了优化。

示例代码

以下是JDK 17中一些新特性的示例代码：

// 密封类示例
public sealed class Shape permits Circle, Rectangle, Square {}

// 模式匹配示例
public static int getDiameter(Object obj) {
    return switch (obj) {
        case Circle c -> c.radius * 2;
        case Rectangle r -> (int) (r.length + r.width);
        default -> throw new IllegalArgumentException("Unknown shape");
    };
}

// 强封装示例
module my.module {
    requires java.base;
    exports com.example.mypackage;
    opens com.example.mypackage to my.trusted.module;
}

JDK 17的安装与配置

下载与安装JDK 17

JDK 17可以通过Oracle官网或者OpenJDK官网进行下载。根据你的操作系统选择相应的安装包。

安装步骤简述：

  1. 访问下载链接并选择适合你系统的JDK版本。
  2. 下载并启动安装程序。
  3. 遵循安装向导完成安装。
  4. 确保JAVA_HOME环境变量已设置，并且java命令可以在命令行中使用。

配置Java开发环境

安装完JDK后，你可能需要配置IDE（如IntelliJ IDEA或Eclipse）以使用新版本的JDK。

IntelliJ IDEA配置示例：

  1. 打开设置对话框（File > Settings on Windows/Linux，IntelliJ IDEA > Preferences on macOS）。
  2. 在Project -> Project Structure中，设置Project SDK为你新安装的JDK版本。
  3. 应用并关闭设置对话框。

Eclipse配置示例：

  1. 打开首选项对话框（Window > Preferences）。
  2. 在Java -> Installed JREs中，添加新安装的JDK版本。
  3. 设置为默认JRE并应用更改。

验证安装

在命令行中运行以下命令来验证JDK是否正确安装：

java -version

这将输出安装的Java版本信息。

示例代码

以下是使用JDK 17特性的简单示例：

// 模式匹配示例
public class PatternMatchingExample {
    public static void main(String[] args) {
        String filename = "image.png";
        String type = switch (filename.toLowerCase()) {
            case String s -> s.endsWith(".png") ? "PNG" : "unknown";
            default -> "unknown";
        };
        System.out.println("File type: " + type);
    }
}

模式匹配：JDK 17的亮点特性

模式匹配的基本概念

模式匹配是JDK 17中引入的一项新特性，它允许开发者使用更简洁的语法来处理数据类型检查和转换。模式匹配使得代码更加易读和安全。

实际应用示例

模式匹配可以应用于instanceof表达式，提供更简洁的语法结构。

模式匹配应用于instanceof示例

Object obj = "Hello, JDK 17!";

if (obj instanceof String str) {
    System.out.println("Length of the string: " + str.length());
}

在这个例子中，如果obj是String类型的实例，模式匹配将自动将obj转换为String类型的变量str。

模式匹配与类型转换

模式匹配也可以用于复杂的类型转换，减少冗余的类型转换代码。

模式匹配用于类型转换示例

List<?> list = Arrays.asList(1, 2, "three", 4.0);

for (Object elem : list) {
    if (elem instanceof Integer i) {
        System.out.println("Integer value: " + i);
    } else if (elem instanceof String s) {
        System.out.println("String value: " + s);
    }
}

模式匹配与异常处理

模式匹配同样可以用于异常处理，简化异常的捕获和处理。

模式匹配在异常处理中的应用示例

public static void processFile(String fileName) {
    try (Stream<String> lines = Files.lines(Path.of(fileName))) {
        lines.forEach(line -> {
            if (line.isBlank()) {
                throw new IllegalArgumentException("Blank line is not allowed");
            }
            System.out.println(line);
        });
    } catch (IOException e) {
        System.err.println("An I/O error occurred: " + e.getMessage());
    } catch (IllegalArgumentException iae) {
        System.err.println("Processing error: " + iae.getMessage());
    }
}

示例代码

以下是模式匹配在不同场景下的综合示例：

// 使用模式匹配简化类型检查和转换
public static void inspectObject(Object obj) {
    if (obj instanceof Integer i) {
        System.out.println("Got an integer: " + i);
    } else if (obj instanceof String s && !s.isEmpty()) {
        System.out.println("Got a non-empty string: " + s);
    }
}

// 调用示例函数
inspectObject(2023);
inspectObject("JDK 17");

密封类：增强类型安全

密封类的引入与优势

密封类是JDK 17中引入的一种新特性，它提供了一种方式来限制类或接口的继承范围。使用密封类可以提高代码的安全性和可维护性。

密封类的基本语法

sealed class Shape permits Circle, Rectangle, Square {
    // Shape类的公共代码
}

final class Circle extends Shape {
    // Circle类的具体实现
}

class Rectangle extends Shape {
    // Rectangle类的具体实现
}

sealed interface ShapeSupplier permits CircleSupplier, RectangleSupplier {
    Shape getShape();
}

class CircleSupplier implements ShapeSupplier {
    public Shape getShape() {
        return new Circle();
    }
}

密封类的使用场景与示例

密封类非常适合用于定义一组固定的行为或状态，这些行为或状态只能由特定的子类或实现类拥有。

使用密封类定义有限的状态

sealed interface PaymentMethod permits CreditCard, PayPal, BankTransfer {
    void pay(double amount);
}

final class CreditCard implements PaymentMethod {
    public void pay(double amount) {
        // 实现信用卡支付逻辑
    }
}

class PayPal implements PaymentMethod {
    public void pay(double amount) {
        // 实现PayPal支付逻辑
    }
}

密封类与模式匹配

密封类与模式匹配结合使用，可以提供更强大的类型检查和处理能力。

密封类与模式匹配结合使用示例

public static void processShape(Shape shape) {
    switch (shape) {
        case Circle c:
            System.out.println("Processing a circle with radius: " + c.getRadius());
            break;
        case Rectangle r:
            System.out.println("Processing a rectangle with width: " + r.getWidth() + " and height: " + r.getHeight());
            break;
        // 可以继续添加其他case来处理其他密封类的具体实现
    }
}

示例代码

以下是密封类在实际开发中的使用示例：

// 定义一个密封类
sealed class Animal permits Dog, Cat, Bird {
    abstract void makeSound();
}

final class Dog extends Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("Bark");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("Meow");
    }
}

// 使用密封类
public static void main(String[] args) {
    Animal myPet = new Cat();
    myPet.makeSound(); // 输出: Meow

    switch (myPet) {
        case Dog d:
            System.out.println("The dog is friendly!");
            break;
        case Cat c:
            System.out.println("The cat is friendly!");
            break;
        // 可以添加其他case来匹配其他密封类的具体实现
    }
}

模式匹配与异常处理

模式匹配在异常处理中的应用

JDK 17中的模式匹配不仅适用于常规的类型检查，还可以用于异常处理，使得异常的处理更加灵活和精确。

模式匹配用于异常处理的基本语法

try {
    // 可能抛出多种类型异常的代码
} catch (IOException | SQLException ex) {
    handleIOExceptionOrSQLException(ex);
}

改进的错误处理机制

通过模式匹配，开发者可以更精确地捕获和处理不同类型的异常，从而提供更细致的错误处理策略。

模式匹配在多异常类型处理中的应用

public void readFile(String path) {
    try (Stream<String> lines = Files.lines(Path.of(path))) {
        lines.forEach(System.out::println);
    } catch (NoSuchFileException | IOException e) {
        System.err.println("Error reading the file: " + e.getMessage());
    }
}

示例代码

以下是使用模式匹配进行异常处理的示例： 

public void processNumber(String number) {
    try {
        int num = Integer.parseInt(number);
        System.out.println("The number is: " + num);
    } catch (NumberFormatException e) {
        System.err.println("The input is not a valid number: " + e.getMessage());
    }
}

// 使用模式匹配改进异常处理
public void processNumberImproved(String number) {
    try {
        int num = Integer.parseInt(number);
        System.out.println("The number is: " + num);
    } catch (Exception e) {
        if (e instanceof NumberFormatException) {
            System.err.println("The input is not a valid number: " + e.getMessage());
        } else {
            throw e; // 重新抛出其他未处理的异常
        }
    }
}

新的I/O特性：文件系统和管道

新的文件系统特性

JDK 17引入了新的文件系统特性，包括对文件属性的更细粒度的访问和修改，以及对文件系统事件的更有效处理。

使用新的文件系统API示例

Path path = Paths.get("example.txt");
BasicFileAttributes attrs = Files.readAttributes(path, BasicFileAttributes.class);

System.out.println("Creation time: " + attrs.creationTime());
System.out.println("Size of the file: " + attrs.size());

管道API的改进

JDK 17改进了管道API，使得在不同的线程或进程之间进行数据传输更加高效和安全。

使用管道API示例

Pipe pipe = Pipe.open();
try (OutputStream outputStream = pipe.sink();
     InputStream inputStream = pipe.source()) {
     outputStream.write("Hello, Pipe!".getBytes());
     byte[] buffer = new byte[1024];
     int bytesRead = inputStream.read(buffer);
     System.out.println("Received: " + new String(buffer, 0, bytesRead));
}

文件系统事件监听

JDK 17提供了更有效的方法来监听文件系统事件，如文件的创建、删除或修改。

文件系统事件监听示例

Path dir = Paths.get("/path/to/directory");
try (WatchService service = FileSystems.getDefault().newWatchService()) {
    dir.register(service, StandardWatchEventKinds.ENTRY_CREATE);

    while (true) {
        WatchKey key = service.take();
        for (WatchEvent<?> event : key.pollEvents()) {
            System.out.println("Event kind: " + event.kind() + ", file: " + event.context());
        }
        boolean valid = key.reset();
        if (!valid) {
            break;
        }
    }
}

示例代码

以下是使用JDK 17新I/O特性的综合示例：

// 使用新文件系统API获取文件属性
Path filePath = Paths.get("/path/to/file");
try {
    BasicFileAttributeView attrsView = Files.getFileAttributeView(filePath, BasicFileAttributeView.class);
    BasicFileAttributes attributes = attrsView.readAttributes();
    System.out.println("File size: " + attributes.size());
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

// 使用管道进行线程间通信
Pipe pipe = Pipe.open();
try (OutputStream out = pipe.sink();
     InputStream in = pipe.source()) {

    out.write("Data from main thread".getBytes());
    out.flush();

    String received = new String(new byte[1024], 0, in.read(new byte[1024]));
    System.out.println("Received in separate thread: " + received);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

强封装模式：限制内部API的可见性

强封装的概念与实现

强封装模式是JDK 17引入的一种机制，用于限制模块内部API的可见性，防止其他模块直接访问这些API，从而提高模块的安全性和稳定性。

强封装的基本语法

module com.example.mymodule {
    exports com.example.mypublic;
    opens com.example.myinternal to mymodule;
}

在这个例子中，com.example.mypublic包被导出并可供其他模块使用，而com.example.myinternal包仅对mymodule模块内部可见。

限制内省API的访问

强封装模式还可以用于限制内省API的访问，防止通过反射等方式访问模块内部的类和方法。

限制内省API访问的示例

module com.example.security {
    restricts java.base;
}

在这个例子中，com.example.security模块限制了对java.base模块的内省操作。

示例代码

以下是使用强封装模式的示例：

// module-info.java
module com.example.myapp {
    requires java.base;
    requires java.logging;

    exports com.example.myapp.publicapi;
    opens com.example.myapp.internal to com.example.myapp.restricted;
}

// Public API
package com.example.myapp.publicapi;
public class PublicClass {
    public void publicMethod() {
        System.out.println("This is a public method.");
    }
}

// Internal package
package com.example.myapp.internal;
public class InternalClass {
    public void internalMethod() {
        System.out.println("This is an internal method.");
    }
}

在这个示例中，PublicClass在com.example.myapp.publicapi包中，可以被其他模块访问。而InternalClass在com.example.myapp.internal包中，只能被com.example.myapp.restricted模块访问。

强封装模式的优势

使用强封装模式可以带来以下优势：

  • 提高安全性：限制了对模块内部API的访问，减少了潜在的安全风险。
  • 更好的封装性：允许开发者将实现细节隐藏在模块内部，提供了更好的封装性。
  • 减少模块间的耦合：通过限制模块间的直接依赖，有助于降低模块间的耦合度。

外部函数和内存API：提升性能

外部函数和内存API的介绍

JDK 17引入了外部函数和内存API（也称为Project Panama），这些API提供了与Java运行时之外的代码进行互操作的能力，包括调用本地库中的函数和操作内存。

外部函数接口示例

public class NativeFunctions {
    static {
        System.loadLibrary("native-lib");
    }

    public native void executeNativeFunction();
}

// 在C/C++中实现相应的函数
// native-lib.c
#include <jni.h>
JNIEXPORT void JNICALL
Java_NativeFunctions_executeNativeFunction(JNIEnv *env, jobject this) {
    // 实现本地方法
}

应用场景与性能提升

这些API的使用场景包括但不限于：

  • 性能敏感型应用：需要调用C/C++库以提高性能。
  • 系统集成：与现有的本地代码库集成。
  • 资源密集型操作：如图像处理、大数据处理等。

性能提升示例

public class PerformanceExample {
    static {
        System.loadLibrary("sorting");
    }

    public native int[] sortArray(int[] array);

    public static void main(String[] args) {
        PerformanceExample example = new PerformanceExample();
        int[] array = {5, 3, 8, 6, 2};
        int[] sortedArray = example.sortArray(array);
        System.out.println("Sorted array: " + Arrays.toString(sortedArray));
    }
}

内存操作API

内存操作API允许Java代码直接操作内存，这在某些场景下可以提高性能。

内存操作API示例

import java.lang.invoke.VarHandle;

public class MemoryExample {
    static final VarHandle INT_ARRAY_ELEMENT_HANDLE;

    static {
        try {
            INT_ARRAY_ELEMENT_HANDLE = MethodHandles.byteArrayViewVarHandle(
                int[].class, Integer.BYTES);
        } catch (Throwable t) {
            throw new ExceptionInInitializerError(t);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[10];
        // 使用VarHandle直接访问内存
        INT_ARRAY_ELEMENT_HANDLE.set(array, 0, 42);
        System.out.println("Element at index 0: " + array[0]);
    }
}

示例代码

以下是使用外部函数和内存API的综合示例：

// 使用外部函数API
public class NativeMath {
    static {
        System.loadLibrary("nativemath");
    }

    public native double add(double a, double b);

    public static void main(String[] args) {
        NativeMath nativeMath = new NativeMath();
        double result = nativeMath.add(3.14, 2.71);
        System.out.println("Result of addition: " + result);
    }
}

// 使用内存API
public class UnsafeMemoryAccess {
    static final sun.misc.Unsafe UNSAFE = getUnsafe();

    private static sun.misc.Unsafe getUnsafe() {
        try {
            return sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        long arrayBaseOffset = UNSAFE.arrayBaseOffset(long[].class);
        long indexScale = UNSAFE.arrayIndexScale(long[].class);
        long address = UNSAFE.allocateMemory(8); // Allocate 8 bytes for a long
        UNSAFE.putLong(address, 12345L);
        System.out.println("Value read from allocated memory: " + UNSAFE.getLong(address));
        UNSAFE.freeMemory(address);
    }
}

模式匹配：与Switch表达式的结合

Switch表达式的改进

JDK 17对switch表达式进行了增强，允许使用模式匹配来提供更灵活的控制流结构。

模式匹配与Switch表达式结合示例

public static String matchShape(Object shape) {
    return switch (shape) {
        case String s -> "It's a string: " + s;
        case Integer i -> "It's an integer: " + i;
        case Double d -> "It's a double: " + d;
        default -> "Unknown type";
    };
}

public static void main(String[] args) {
    System.out.println(matchShape("Hello, JDK 17!"));
    System.out.println(matchShape(2023));
    System.out.println(matchShape(3.14159));
    System.out.println(matchShape(new Object()));
}

模式匹配的优势

模式匹配在switch表达式中的应用提供了以下优势：

  • 增强的可读性：允许更清晰地表达意图。
  • 减少冗余代码：避免了传统的instanceof检查和类型转换。

模式匹配与类型安全

模式匹配提供了类型安全，确保在编译时就能发现类型不匹配的问题。

类型安全的模式匹配示例

public static void processNumber(Number number) {
    switch (number) {
        case Integer i -> System.out.println("Integer: " + i);
        case Double d -> System.out.println("Double: " + d);
        case Float f -> System.out.println("Float: " + f);
        case Long l -> System.out.println("Long: " + l);
        default -> throw new IllegalArgumentException("Unsupported number type");
    }
}

示例代码

以下是模式匹配与switch表达式结合的综合示例：

// 模式匹配与Switch表达式结合
public static String classifyShape(Shape shape) {
    return switch (shape) {
        case Circle c -> "A circle with radius " + c.radius();
        case Rectangle r -> "A rectangle with width " + r.width() + " and height " + r.height();
        case Square s -> "A square with side length " + s.sideLength();
        default -> "An unknown shape";
    };
}

// 调用示例
Shape circle = new Circle(5);
System.out.println(classifyShape(circle)); // "A circle with radius 5"

原文链接: https://juejin.cn/post/7391746555960885299

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