JDK21六大关键新特性

JDK21作为Java的最新版本，带来了许多重要的新特性和改进，这些特性对于开发人员而言，能够提升代码的性能、简化编程的复杂度，并增强Java语言的功能。本文将详细讲解JDK21中六个关键的新特性，帮助大家更好地理解和应用这些新特性。

1. 虚拟线程（Virtual Threads）

介绍：

虚拟线程是JDK21中最大的亮点之一，旨在解决传统线程管理的开销和复杂性。虚拟线程是轻量级的线程，它们由JVM进行调度，而不是由操作系统调度，因此能够处理数百万个并发任务，而不会导致性能瓶颈。

优势：

极大减少线程创建和上下文切换的开销。
提升了高并发程序的性能，减少了内存消耗。
简化并发编程模型，使得代码更加简洁。

代码案例：

import java.util.concurrent.*;

public class VirtualThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个虚拟线程工厂
        var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

        // 提交任务
        executor.submit(() -> {
            System.out.println("这是一个虚拟线程！");
        });

        // 关闭executor
        executor.close();
    }
}

解释：

Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()：此方法返回一个虚拟线程执行器，能够为每个任务创建一个虚拟线程。
使用虚拟线程可以轻松管理大量并发任务，避免了传统线程模型中的开销。

2. 记录类（Record Classes）改进

介绍：

JDK21为记录类（Record）引入了一些新特性，进一步增强了Record的功能。记录类是一个特殊的类类型，主要用于承载数据。JDK21使得记录类的使用变得更加灵活。

新特性：

记录类可以有更多自定义的方法。
可以为记录类添加静态工厂方法，简化实例化过程。

代码案例：

public record Book(String title, String author) {
    // 记录类可以有静态工厂方法
    public static Book of(String title, String author) {
        return new Book(title, author);
    }

    // 记录类可以有自定义方法
    public String getDescription() {
        return title + " by " + author;
    }
}

public class RecordExample {
    public static void main(String[] args) {
        Book book = Book.of("Effective Java", "Joshua Bloch");
        System.out.println(book.getDescription());  // 输出：Effective Java by Joshua Bloch
    }
}

解释：

Book类是一个记录类，它有两个字段title和author。
Book.of()是一个静态工厂方法，用于简化对象创建。
getDescription()方法是记录类的自定义方法。

3. 结构化并发（Structured Concurrency）

介绍：

结构化并发旨在简化并发任务的管理，使得并发代码更加清晰和易于理解。JDK21中通过新的API进一步简化了并发编程，避免了传统线程池中的一些困惑和错误。

新特性：

简化线程的生命周期管理，避免手动管理线程的创建和销毁。
通过StructuredTaskScope等API，可以轻松等待多个并发任务完成，并处理它们的结果。

代码案例：

import java.util.concurrent.*;

public class StructuredConcurrencyExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {
            // 提交多个任务
            var task1 = scope.fork(() -> "任务1");
            var task2 = scope.fork(() -> "任务2");

            // 等待任务完成并获取结果
            scope.join();

            System.out.println(task1.resultNow());
            System.out.println(task2.resultNow());
        }
    }
}

解释：

StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()：确保如果任何任务失败，所有任务都会中止，并且确保正确关闭。
scope.fork()：用于启动并行任务。
scope.join()：等待所有任务完成。

4. 模式匹配增强（Pattern Matching for Switch）

介绍：

JDK21扩展了模式匹配功能，特别是增强了switch语句的表达能力，使得代码更加简洁和强大。通过模式匹配，switch语句可以匹配更复杂的结构类型。

新特性：

支持在switch中使用模式匹配来匹配对象的类型和结构。
使得switch表达式能够更简洁地处理多种类型的情况。

代码案例：

public class PatternMatchingExample {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = 10; // 假设传入的对象是整数

        String result = switch (obj) {
            case Integer i -> "整数：" + i;
            case String s -> "字符串：" + s;
            case null -> "空对象";
            default -> "未知类型";
        };

        System.out.println(result);  // 输出：整数：10
    }
}

解释：

switch语句使用了新的模式匹配特性，能够根据对象的类型直接进行匹配。
该特性让switch语句更加简洁和强大，特别适用于复杂类型的判断。

5. 外部函数接口（Foreign Function & Memory API）

介绍：

JDK21改进了外部函数接口（FFI）和内存API，允许Java程序直接调用本地代码（如C、C++）以及操作本地内存，这对于性能要求较高的应用尤其重要。

新特性：

能够直接调用本地库函数，访问非Java语言的代码。
提供了更低级别的内存访问方式，允许直接与操作系统交互。

代码案例：

import java.lang.foreign.*;
import java.util.*;

public class ForeignFunctionExample {
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        // 创建一个C函数的调用接口
        var linker = Linker.nativeLinker();
        var function = linker.lookup("printf");

        // 调用C语言的printf函数
        function.invoke("Hello, world!\n");
    }
}

解释：

Linker.nativeLinker()：用于连接和加载本地库。
function.invoke()：直接调用C语言的printf函数。

6. 增强的原生支持（Native Support Improvements）

介绍：

JDK21在对原生代码的支持方面进行了加强，特别是在跨平台开发方面，提供了更多优化，使得Java可以更高效地与原生操作系统资源进行交互。

新特性：

改进了对原生平台的支持，使得Java程序与本地平台的集成更加高效。
提供了更多直接的系统级调用接口。

代码案例：

public class NativeSupportExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用Java调用操作系统级别的API
        System.loadLibrary("nativeLib");
        nativeFunction();
    }

    // 声明原生方法
    private static native void nativeFunction();
}

解释：