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JDK17新特性学习入门详解

标签：

Java

概述

本文将详细介绍JDK17的新特性，帮助读者快速掌握jdk17新特性学习入门的相关知识。文章涵盖了本地变量类型推断、密封类、文本块、模式匹配、弱引用增强、红绿锁以及移除旧特性等内容。通过本文的学习，读者可以全面了解并应用这些新特性，提升Java程序的性能和安全性。

JDK17概述与环境搭建

JDK17简介

Java Development Kit (JDK) 是Java平台的开发工具包，包含了运行和开发Java应用程序所需的所有工具和库。JDK 17是Java SE平台的长期支持版本（LTS），发布于2021年9月14日。它引入了一些新特性和改进，旨在提高Java程序的性能、安全性和易用性。

JDK 17包含以下关键特性和改进：

本地变量类型推断：更简洁的语法来声明和初始化本地变量。
密封类（Sealed Classes）：控制类的子类化。
文本块（Text Blocks）：简化多行字符串的处理。
模式匹配（Pattern Matching）：改善switch语句的用法。
弱引用增强：优化内存管理。
红绿锁（Red-Green Locks）：改进并发程序性能。
移除旧特性：删除一些过时或不再使用的特性。

JDK17的下载与安装

JDK 17的下载与安装步骤如下：

下载JDK 17：访问Oracle官网或其他可信的镜像站点下载JDK 17安装包。
安装JDK：
- 解压下载的安装包。
- 将JDK安装路径添加到环境变量中。
- 设置环境变量 JAVA_HOME 和 PATH。
验证安装：
- 打开命令行或终端。
- 输入 java -version 来确认安装成功。

java -version

如果安装成功，将显示JDK 17的版本信息。

开发环境配置与IDE设置

配置Java环境变量

设置 JAVA_HOME：
- 打开环境变量设置界面。
- 添加系统变量 JAVA_HOME，值为JDK安装路径。
设置 PATH：
- 在环境变量 PATH 中添加 %JAVA_HOME%\bin。

配置IDE集成开发环境

IntelliJ IDEA

打开IntelliJ IDEA：
- 确保已经安装了IntelliJ IDEA。
- 打开IntelliJ IDEA并创建新项目。
配置项目SDK：
- 在项目设置中选择 Project Structure。
- 在 SDK 标签页中选择 New，然后选择 JDK。
- 选择之前安装的JDK 17路径。

Eclipse

打开Eclipse：
- 确保已经安装了Eclipse。
- 打开Eclipse并创建新项目。
配置项目JDK：
- 打开 Window -> Preferences。
- 选择 Java -> Installed JREs。
- 添加新的JRE，选择 Standard VM。
- 浏览选择JDK 17路径。
设置项目属性：
- 在 Project -> Properties 中选择 Java Build Path。
- 在 Libraries 标签页中选择 Add Library。
- 选择 JRE System Library 并选择之前配置的JDK 17。

switch 表达式的改进

使用switch表达式的场景

在编程中，switch语句用于根据变量的值执行不同的代码块。JDK 17对 switch 语句进行了改进，使其更加简洁和强大。以下是一些使用 switch 表达式的典型场景：

条件判断：根据变量的值执行不同的操作。
多分支选择：在多个条件中选择一个执行。
简化代码：减少嵌套的 if-else 语句，使代码更清晰。

示例代码

public class SwitchExample {
    public static void main(String[] args) {
        int number = 3;

        switch (number) {
            case 1:
                System.out.println("Number is 1");
                break;
            case 2:
                System.out.println("Number is 2");
                break;
            case 3:
                System.out.println("Number is 3");
                break;
            default:
                System.out.println("Number is not 1, 2, or 3");
        }
    }
}

switch表达式的语法

JDK 17引入了switch表达式，使其更简洁和功能更强大。以下是 switch 表达式的语法：

switch (expression) {
    case value1 -> doSomething();
    case value2 -> doSomethingElse();
    default -> handleDefault();
}

其中：

expression 是要检查的值。
case value 是匹配值的条件。
-> 表示匹配后的操作。
default 用于处理不匹配的情况。

示例代码

public class SwitchExpression {
    public static void main(String[] args) {
        int number = 3;
        String result = switch (number) {
            case 1 -> "Number is 1";
            case 2 -> "Number is 2";
            case 3 -> "Number is 3";
            default -> "Number is not 1, 2, or 3";
        };

        System.out.println(result);
    }
}

switch表达式的应用实例

案例：计算分数

假设有一个分数系统，根据分数范围返回不同的评价。使用 switch 表达式可以简化代码逻辑。

public class ScoreEvaluator {
    public static void main(String[] args) {
        int score = 85;

        String evaluation = switch (score) {
            case 90 -> "Excellent";
            case 80, 85, 89 -> "Very Good";
            case 70, 75, 79 -> "Good";
            default -> "Needs Improvement";
        };

        System.out.println("Evaluation: " + evaluation);
    }
}

弱引用（Soft, Weak, Phantom）增强

弱引用的种类与特性

弱引用（Weak References）是一种特殊的引用类型，用于支持垃圾回收（GC）。以下是Java中三种弱引用的类型：

软引用（SoftReference）：
- 指向的对象在内存资源不足时会被GC回收。
- 如果GC发现内存不足，会优先回收软引用指向的对象。
弱引用（WeakReference）：
- 指向的对象在每次GC时都会被清理。
- 无论内存是否充足，只要GC运行，弱引用指向的对象都会被回收。
虚引用（PhantomReference）：
- 不会阻止对象的回收。
- 通过PhantomReference对象可以得到GC回收的通知。

示例代码

import java.lang.ref.*;

public class WeakReferenceExample {
    public static void main(String[] args) {
        SoftReference<String> softRef = new SoftReference<>(new String("Soft"));
        WeakReference<String> weakRef = new WeakReference<>(new String("Weak"));
        PhantomReference<String> phantomRef = new PhantomReference<>(new String("Phantom"), null);

        System.out.println("Soft Reference: " + softRef.get());
        System.out.println("Weak Reference: " + weakRef.get());
        System.out.println("Phantom Reference: " + phantomRef.get());
    }
}

弱引用的使用场景与代码示例

场景：内存缓存

在内存缓存中使用软引用，可以在内存紧张时自动释放缓存中的对象，从而避免OOM（内存溢出）。

import java.lang.ref.*;
import java.util.*;

public class SoftReferenceCache {
    private Map<String, SoftReference<String>> cache = new HashMap<>();

    public void addToCache(String key, String value) {
        cache.put(key, new SoftReference<>(value));
    }

    public String getFromCache(String key) {
        SoftReference<String> softRef = cache.get(key);
        return softRef != null ? softRef.get() : null;
    }

    public static void main(String[] args) {
        SoftReferenceCache cache = new SoftReferenceCache();
        cache.addToCache("key1", "value1");

        String value = cache.getFromCache("key1");
        System.out.println("Cached Value: " + value);

        // 模拟内存紧张
        byte[] largeArray = new byte[1024 * 1024 * 100]; // 100MB

        value = cache.getFromCache("key1");
        System.out.println("Cached Value after GC: " + value);
    }
}

场景：临时对象存储

使用软引用存储临时对象，可以在内存紧张时自动释放这些对象，从而避免内存溢出。

import java.lang.ref.*;

public class TemporaryObjectStorage {
    private SoftReference<String> temporaryObject = new SoftReference<>(new String("TemporaryObject"));

    public void printTemporaryObject() {
        String obj = temporaryObject.get();
        System.out.println("Temporary Object: " + obj);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TemporaryObjectStorage storage = new TemporaryObjectStorage();
        storage.printTemporaryObject();

        // 模拟内存紧张
        byte[] largeArray = new byte[1024 * 1024 * 100]; // 100MB

        storage.printTemporaryObject();
    }
}

Java内存模型与弱引用的关系

Java内存模型将内存分为不同的区域，其中包括堆（Heap）和栈（Stack）。弱引用的对象位于堆内存中，当堆内存不足时，GC会优先回收软引用对象。

弱引用不会阻止对象被回收。在每次GC过程中，弱引用对象都会被清理。因此，弱引用适用于那些临时性或可有可无的数据。

红绿锁（Red-Green Locks）特性

红绿锁的概念与原理

红绿锁（Red-Green Locks）是JDK 17引入的一种新的锁机制，用于优化并发程序的性能。它通过将锁的状态分为“红色”和“绿色”两种状态，来提高锁的获取和释放效率。

红绿锁的状态

红色状态：表示锁被一个线程持有。
绿色状态：表示锁没有被任何线程持有。

原理

红绿锁利用CAS（Compare and Swap）操作来实现无锁算法，从而避免了传统锁的同步开销。当一个线程尝试获取锁时，如果锁处于绿色状态，则直接获取锁；如果锁处于红色状态，则线程需要等待锁的释放。

如何使用红绿锁优化并发程序

使用场景

红绿锁适用于高频并发场景，可以显著提高程序的并发性能。例如，在多线程环境中，多个线程频繁访问共享资源时，可以使用红绿锁来减少锁的竞争和阻塞。

示例代码

import java.util.concurrent.locks.*;

public class RedGreenLockExample {
    private final RedGreenLock lock = new RedGreenLock();

    public void criticalSection() {
        lock.lock();
        try {
            // 临界区代码
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is in critical section");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        RedGreenLockExample example = new RedGreenLockExample();

        Thread thread1 = new Thread(() -> example.criticalSection(), "Thread 1");
        Thread thread2 = new Thread(() -> example.criticalSection(), "Thread 2");

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

案例：多线程计数器

下面是一个多线程计数器的例子，使用红绿锁来提高并发性能。

import java.util.concurrent.locks.*;

public class RedGreenCounter {
    private int count = 0;
    private final RedGreenLock lock = new RedGreenLock();

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        RedGreenCounter counter = new RedGreenCounter();

        Thread[] threads = new Thread[100];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    counter.increment();
                }
            });
        }

        for (Thread thread : threads) {
            thread.start();
        }

        for (Thread thread : threads) {
            thread.join();
        }

        System.out.println("Final count: " + counter.getCount());
    }
}

RedGreenLock 类实现

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class RedGreenLock {
    private final AtomicInteger state = new AtomicInteger(0);

    public void lock() {
        while (!state.compareAndSet(0, 1)) {
            Thread.yield();
        }
    }

    public void unlock() {
        state.set(0);
    }
}

实战：通过红绿锁提高程序性能

案例：多线程共享资源访问

下面是一个多线程共享资源访问的例子，使用红绿锁来减少锁的竞争和阻塞。

import java.util.concurrent.locks.*;

public class RedGreenSharedResourceAccess {
    private final RedGreenLock lock = new RedGreenLock();
    private int resource = 0;

    public void accessResource() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is accessing resource: " + resource);
            resource++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        RedGreenSharedResourceAccess resourceAccess = new RedGreenSharedResourceAccess();

        Thread[] threads = new Thread[10];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 100; j++) {
                    resourceAccess.accessResource();
                }
            });
        }

        for (Thread thread : threads) {
            thread.start();
        }

        for (Thread thread : threads) {
            thread.join();
        }
    }
}

移除旧特性

移除的旧特性列表

JDK 17移除了一些旧特性，以保持Java平台的干净和现代化。以下是被移除的特性列表：

sun.misc.Unsafe：一个不安全的类，提供直接的内存操作。
System.arraycopy：不再支持。
sun.misc.Signal：用于处理操作系统信号的类。
java.nio.Buffer：一些过时的方法被移除。
java.util.Arrays：一些过时的方法被移除。

移除这些特性的原因与影响

这些特性的移除主要是为了提高Java代码的安全性和简化API。

sun.misc.Unsafe：
- 不推荐使用，因为它提供了不安全的操作。
- 移除后，需要使用更安全的替代方案。
System.arraycopy：
- 过时的方法被移除，以简化API。
- 推荐使用新的 java.util.Arrays.copyOf 方法。
sun.misc.Signal：
- 不推荐使用，因为它依赖于操作系统特定的信号。
- 移除后，需要使用更通用的信号处理方式。

对现有代码的影响与迁移指南

迁移指南

替换 sun.misc.Unsafe：
- 使用 java.lang.instrument.Instrumentation 或其他安全的内存操作类。
- 示例代码：

import java.lang.instrument.Instrumentation;

public class UnsafeReplacement {
    private static Instrumentation instrumentation;

    public static void onVmInit(Instrumentation inst) {
        instrumentation = inst;
    }

    public static void performUnsafeOperation(Object obj) {
        if (instrumentation != null) {
            instrumentation.addTransformer(new MyTransformer());
            instrumentation.retransformClasses(new Class<?>[]{obj.getClass()});
        }
    }
}

class MyTransformer implements ClassFileTransformer {
    @Override
    public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws InstrumentationFilteredException {
        // Perform transformation
        return classfileBuffer;
    }
}

替换 System.arraycopy：
- 使用 java.util.Arrays.copyOf 方法。
- 示例代码：

import java.util.Arrays;

public class ArrayCopyReplacement {
    public static void main(String[] args) {
        int[] originalArray = {1, 2, 3, 4, 5};
        int[] copiedArray = Arrays.copyOf(originalArray, originalArray.length);

        System.out.println("Original Array: " + Arrays.toString(originalArray));
        System.out.println("Copied Array: " + Arrays.toString(copiedArray));
    }
}

替换 sun.misc.Signal：
- 使用 java.lang.Thread 的中断机制或其他信号处理方法。
- 示例代码：

public class SignalReplacement {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            try {
                while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                    // 线程执行逻辑
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt(); // 可能需要重新中断线程
            }
        });

        thread.start();

        thread.interrupt(); // 通过中断来终止线程
    }
}

结语与资源推荐

JDK17新特性总结

JDK 17引入了多项重要特性，包括：

本地变量类型推断：简化变量声明。
密封类：控制类的子类化。
文本块：简化多行字符串处理。
模式匹配：改进 switch 语句。
弱引用增强：优化内存管理。
红绿锁：提高并发性能。
移除旧特性：保持API的简洁和安全。

这些特性使得Java程序更加高效、安全和易用。

学习JDK17新特性的在线资源推荐

官方文档：https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/api/index.html
JDK 17发布说明：https://www.oracle.com/java/technologies/javase/17-relnote.html
慕课网：https://www.imooc.com/
Stack Overflow：https://stackoverflow.com/
JetBrains IntelliJ IDEA：https://www.jetbrains.com/idea/

常见问题解答与社区支持

常见问题

如何迁移旧代码？
- 使用替代方案替换被移除的特性，如 sun.misc.Unsafe 和 System.arraycopy。
如何提高程序性能？
- 使用红绿锁优化并发程序。
- 调整JVM参数以优化内存和性能。

社区支持

Oracle Java Community：https://community.oracle.com/tech/developers/technologies/java
Stack Overflow：https://stackoverflow.com/（标签：`java`、`jdk-17`）

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