跟妹妹聊到 Java 16 新特征，真香！

Java 16新特性

2021年3月16日，甲骨文正式发布了Java 16!想当年JDK1.6新出的场景和历历在目，一瞬间，版本已经变成了16，真正体会了一把什么叫做光阴似箭，沧海桑田。虽然目前大部分的场合，Java8还占着主导地位，但我猜想各位Javaer应该对Java16的新特性也大有兴趣吧!

看完之后我觉得这次更新还是很有意思的，我就精选几个Java16的新特性，供大家一饱眼福!(大家可以自己建个项目用起来试试)

支持模式匹配的instanceof

想想你是怎么用instanceof的吧，一个例子：

if (obj instanceof String) { 
    String s = (String) obj;    // grr... 
    ... 
} 

这代码是不是让人蛋疼，我都知道是个String了，还让我强转一下，该改进一下啦~

if (obj instanceof String s) { 
    //这里s随你用了 从类型判断，到变量定义，类型转换，一气呵成，爽不爽？ 
} 

进一步的，还可以这么用，模式变量s在判断条件里直接使用

if (obj instanceof String s && s.length() > 5) { 
    flag = s.contains("jdk"); 
} 

不过要小心，下面的用法是错误的(原因就不多解释啦)：

if (obj instanceof String s || s.length() > 5) {    // Error! 
    ... 
} 

Records类型

我们对Java最大的意见是啥?当然是太繁琐了，一个简单的功能，繁重的语法要整出好几十行，不急，改进这就来了，看看新的Recodes类型吧!

假设你现在有这么一个类:

这是一个典型的不可变的数据对象，equals ()方法， hashCode()方法，toString()方法其实都是比较通用的。但是我们不得不为它多写那么几行代码。虽然有IDE的鼎力协助，但是看上去还是不怎么爽(如果没有IDE，更要哭了)。不过没事Records来了!用Records来表示上面的类，你只需要:

record Point(int x, int y) { } 

是不是特别简单，感觉心里特别爽?record类和普通的class不太一样，它会帮你隐式生成一些字段和构造函数。比如上面的record就会编译成这样：

record Point(int x, int y) { 
    // 隐式生成字段 
    private final int x; 
    private final int y; 
    // 隐式生成构造函数，并带上所有的参数 
    Point(int x, int y) { 
        this.x = x; 
        this.y = y; 
    } 
} 

ZGC并发线程处理

ZGC是The Z Garbage Collector，是JDK 11中推出的一款低延迟垃圾回收器，它尝试解决GC之痛，也就是停顿。

同时，它也将面向以TB为单位的超大规模的内存。在Java 16中，ZGC的线程栈处理的众多操作，从检查点移动到了并发阶段，这样意味着停顿更小了。(后面准备出个zgc相关的文章，顺便测一波这次的停顿优化时长)

弹性元空间

在Java虚拟机中，元空间用来保存一些类的元信息，并且，元空间中的数据是可以被垃圾回收的。但不幸的是，空闲的未被使用的元空间并不会归还给操作系统，这就导致了内存浪费。

这个新特性就是为了解决这个问题，它使得虚拟机可以从元空间中归还未使用的内存，从而更加有效得利用物理内存。同时有一个新的虚拟机参数可以用来控制这种回收的执行强度：-XX:MetaspaceReclaimPolicy=(balanced|aggressive|none)

Unix Domain套接字

Unix Domain套接字本身提供给了一套兼容于网络编程，但是更加可靠、高效、安全的进程间通信方式，它不需要经过网络协议栈，不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等，只是将应用层数据从一个进程拷贝到另一个进程。

在Java 16中，已经可以直接使用这种套接字(Unix-domain (AF_UNIX)，虽然叫做UNIX套接字，windows 10和Windows Server 2019也是可以使用的)了。为了支持Unix Domain套接字，新增了专门的java.net.UnixDomainSocketAddress类，下面看一下它的使用：

新的打包工具

提供了一个新的打包工具jpackage，用来打包独立的Java应用程序。这个工具可以生成windows上的exe和msi，MacOS上的pkg和dmg，以及linux上的deb和rpm。它很好的给用户提供了一键式安装Java程序的好方法。

比如，对于非模块化的应用，可以这么打包：

jpackage --name myapp --input lib --main-jar main.jar 
或者 直接指定main class 
jpackage --name myapp --input lib --main-jar main.jar --main-class myapp.Main 

对于模块化的应用：

jpackage --name myapp --module-path lib -m myapp 
或者直接指定main class 
jpackage --name myapp --module-path lib -m myapp/myapp.Main 

值对象错误使用的警告

值对象，比如java.lang.Integer, java.lang.Double之类的不变对象，在废弃构造函数的基础上，进一步标记为forRemoval(不要再使用它们的构造函数了哦!)。

同时，如果在值对象上进行同步，将会被警告，比如：

Double d = 20.0; 
synchronized (d) { ... } // javac和hotsopt都会警告 
Object o = d; 
synchronized (o) { ... } // HotSpot 会警告 

在虚拟机层面，还提供了参数可以在虚拟机层面控制报错行为：

• -XX:DiagnoseSyncOnValueBasedClasses=1 将这种同步行为视为致命错误
• -XX:DiagnoseSyncOnValueBasedClasses=2 打开日志，在控制台和飞行记录仪中记录这种同步行为

默认限制使用JDK内部API

对于一些JDK内部的API，作出了更严格的限制。比如 com.sun.*, jdk.*, and org.*这些包里的API，从Java 16开始，默认已经禁止使用了。因此，鼓励大家使用标准API，而不是内部API(点击这里查看可以替换的内部API)。比如说下面这句代码，在Java 16中将报错：

System.out.println(sun.security.util.SecurityConstants.ALL_PERMISSION); 

错误示例：

Exception in thread "main" java.lang.IllegalAccessError: class Test 
  (in unnamed module @0x5e481248) cannot access class 
  sun.security.util.SecurityConstants (in module java.base) because 
  module java.base does not export sun.security.util to unnamed 
  module @0x5e481248 

同时，JDK还提供--illegal-access参数用来控制对内部API的使用：

• --illegal-access=permit 允许使用内部API
• --illegal-access=warn 允许使用内部API，不过每次使用会得到一个警告
• --illegal-access=debug 允许使用内部API，会更详细的打印每一个错误的调用堆栈，用它你就可以找到你在哪里有不正确的调用，就可以修复那些不合适的使用
• --illegal-access=deny 禁止使用内部API

孵化项目：向量API

我们知道，像Go这样的后起之秀，已经在内部使用了AVX指令，性能飙升。Java在这方面也不甘示弱，在Java 16中，向量API作为一个孵化项目，允许我们直接使用SIMD指令来提高性能(如果有效使用，这波就带你起飞了)。

让我们先一睹为快吧!

下面是一个简单的标量计算：

void scalarComputation(float[] a, float[] b, float[] c) { 
   for (int i = 0; i < a.length; i++) { 
        c[i] = (a[i] * a[i] + b[i] * b[i]) * -1.0f; 
   } 
} 

重点来了，使用AVX2带你起飞：

//256位的向量浮点运算 
static final VectorSpecies<Float> SPECIES = FloatVector.SPECIES_256; 
 
void vectorComputation(float[] a, float[] b, float[] c) { 
    int i = 0; 
    int upperBound = SPECIES.loopBound(a.length); 
    for (; i < upperBound; i += SPECIES.length()) { 
        // FloatVector va, vb, vc; 
        var va = FloatVector.fromArray(SPECIES, a, i); 
        var vb = FloatVector.fromArray(SPECIES, b, i); 
        var vc = va.mul(va). 
                    add(vb.mul(vb)). 
                    neg(); 
        vc.intoArray(c, i); 
    } 
 
    for (; i < a.length; i++) { 
        c[i] = (a[i] * a[i] + b[i] * b[i]) * -1.0f; 
    } 
} 

孵化项目：外部链接API

你是不是有抱怨过JNI太难用了?没关系，JNI的进化版来了，这就是外部链接器!它提供了一个静态的，纯Java的访问本地native 代码的方法，它将极大简化我们调用本地代码的过程。

新的API：

• LibraryLookup::ofDefault：返回被JVM加载的库，可以看到所有这些库的符号
• LibraryLookup::ofPath：加载指定路径
• LibraryLookup::ofLibrary ：根据库名，加载库

下面代码展示了，使用Java调用clang库中的clang_getClangVersion()方法：

LibraryLookup libclang = LibraryLookup.ofLibrary("clang"); 
LibraryLookup.Symbol clangVersion = libclang.lookup("clang_getClangVersion"); 

另外一个重要的类是C链接器：

interface CLinker { 
    MethodHandle downcallHandle(LibraryLookup.Symbol func, 
                                MethodType type, 
                                FunctionDescriptor function); 
    MemorySegment upcallStub(MethodHandle target, 
                             FunctionDescriptor function); 
} 

downcallHandle()表示在Java中调用本地方法;upcallStub()方法在native方法中调用java代码。

下面的代码展示了如何在Java代码中，调用C函数size_t strlen(const char *s)：

MethodHandle strlen = CLinker.getInstance().downcallHandle( 
        LibraryLookup.ofDefault().lookup("strlen"), 
        MethodType.methodType(long.class, MemoryAddress.class), 
        FunctionDescriptor.of(C_LONG, C_POINTER) 
    ); 

上面代码首先找到strlen符号;然后描述它的签名。最后使用downcallHandle()得到表示strlen()函数的MethodHandle对象;最后，就可以调用strlen()方法啦~

try (MemorySegment str = CLinker.toCString("Hello")) { 
   long len = strlen.invokeExact(str.address()); // 5 
} 

反过来，也可以把Java函数作为参数传递给C函数进行回调：

比如有一个C函数：

void qsort(void *base, size_t nmemb, size_t size, 
           int (*compar)(const void *, const void *)); 

要调用这个C函数，必须准备一个函数指针compar，为了使用它，我们首先要得到它的MethodHandle：

MethodHandle qsort = CLinker.getInstance().downcallHandle( 
        LibraryLookup.ofDefault().lookup("qsort"), 
        MethodType.methodType(void.class, MemoryAddress.class, long.class, 
                              long.class, MemoryAddress.class), 
        FunctionDescriptor.ofVoid(C_POINTER, C_LONG, C_LONG, C_POINTER) 
    ); 

接着，用一个纯Java类来实现compar函数：

class Qsort { 
    static int qsortCompare(MemoryAddress addr1, MemoryAddress addr2) { 
            return MemoryAccess.getIntAtOffset(MemorySegment.ofNativeRestricted(),  
                                               addr1.toRawLongValue()) -  
                   MemoryAccess.getIntAtOffset(MemorySegment.ofNativeRestricted(), 
                                               addr2.toRawLongValue()); 
    } 
} 

然后需要一个MethodHandle指向上述函数：

MethodHandle comparHandle 
    = MethodHandles.lookup() 
                   .findStatic(Qsort.class, "qsortCompare", 
                               MethodType.methodType(int.class, 
                                                     MemoryAddress.class, 
                                                     MemoryAddress.class)); 

然后，使用upcallStub()方法，得到一个函数指针(应该说是用Java描述的C函数指针)：

MemorySegment comparFunc 
    = CLinker.getInstance().upcallStub(comparHandle, 
                                            FunctionDescriptor.of(C_INT, 
                                                                  C_POINTER, 
                                                                  C_POINTER)); 
); 

最后，把这个"C函数指针"传给C函数：

try (MemorySegment array = MemorySegment.allocateNative(4 * 10)) { 
    array.copyFrom(MemorySegment.ofArray(new int[] { 0, 9, 3, 4, 6, 5, 1, 8, 2, 7 })); 
    qsort.invokeExact(array.address(), 10L, 4L, comparFunc.address()); 
    int[] sorted = array.toIntArray(); // [ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ] 
} 

好了，这就是使用外部链接API来使用本地代码的全过程，是不是很酷炫呢?

预览功能：密封类

类的继承是面向对象的一个重要特性，但是滥用继承对对象模型的建模也是非常不利的。对于这一点，Java还有较大的改进空间，密封类，正式对对象继承的一种重大改进。

首先，来看JDK内部的一个例子：

package java.lang; 
 
abstract class AbstractStringBuilder { ... } 
public final class StringBuffer  extends AbstractStringBuilder { ... } 
public final class StringBuilder extends AbstractStringBuilder { ... } 

AbstractStringBuilder有两个子类StringBuffer和StringBuilder。但是，我们的代码却无法继承AbstractStringBuilder，因为AbstractStringBuilder是包内可见的，并不是public的。在很多场合，我们的对象模式其实并不希望彻底公开，我们有时候仅仅希望只有一些指定的类可以继承，而不是可以任由继承扩展。这就是密封类的设计初衷。

密封类/接口在声明的时候，就可以指定哪些类可以从这里继承，比如：

package com.example.geometry; 
 
public abstract sealed class Shape 
    permits Circle, Rectangle, Square { ... } 

注意新关键字sealed，它表示被修饰的类或者接口是密封的，紧接着使用permits关键字，指定哪些子类可以继承它，这里只有Circle，Rectangle和Square可以从Shape继承(继承类和密封类必须要在同一个模块，如果在unamed模块，就需要在同一个package)。

使用密封类，还有一些限制，比如：

1.子类必须是直接继承，而不是间接的

2.子类必须说明如果处理得到的密封属性，三选一，必选一个：

• 子类标记为final，一了百了
• 子类也作为sealed类，并做有限的继承扩展
• 子类申明为non-sealed，公开使用(这种情况，密封类的初衷就被打破了，继承关系就不可控了)

下面的代码说明了这3种情况：

package com.example.geometry; 
//使用final 
public final class Circle extends Shape { ... } 
//使用sealed 
public sealed class Rectangle extends Shape  
    permits TransparentRectangle, FilledRectangle { ... } 
public final class TransparentRectangle extends Rectangle { ... } 
public final class FilledRectangle extends Rectangle { ... } 
//使用non-sealed 
public non-sealed class Square extends Shape { ... } 

写在最后的话

看了那么多Java 16的新功能，心里是不是有点小激动?不要犹豫了，下一个试试?

阿丙友情提示：不要在自己的项目中尝试最新版本，等稳定后再尝试，可以在自己的demo和自己项目上尝试。

我是敖丙，你知道的越多，不知道的越多，我们下期见。