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Java13 新特性

jdk13新特性一览

JDK 13于2019年9月17日正式发布。 本文主要针对 Java 13 中的新特性展开介绍，让您快速了解 Java 13 带来的变化。

资料来源： http://openjdk.java.net/projects/jdk/13/

新特性 翻译
350: Dynamic CDS Archives 动态CDS档案
351: ZGC: Uncommit Unused Memory ZGC:取消使用未使用的内存
353: Reimplement the Legacy Socket API 重新实现旧版套接字API
354: Switch Expressions (Preview) switch表达式（预览）
355: Text Blocks (Preview) 文字块（预览）

switch表达式（预览）

在JDK 12中引入了Switch表达式作为预览特性。JDK 13提出了第二个switch表达式预览。JEP 354修改了这个特性，它引入了yield语句，用于返回值。这意味着，switch表达式(返回值)应该使用yield, switch语句(不返回值)应该使用break。

在 JDK 12中有一个，但是要进行一个更改：要从 switch 表达式中生成一个值 break，要删除with value语句以支持a yield 声明。目的是扩展，switch 以便它可以用作语句或表达式，因此两个表单既可以使用 case ... : 带有连贯符号的传统标签，也可以使用新 case … -> 标签，而不需要通过，还有一个新的语句用于从 switch 表达式中产生值。这些更改将简化编码并为模式匹配做好准备。

在以前，我们想要在switch中返回内容，还是比较麻烦的，一般语法如下：

@Test
public void testSwitch1(){
    String x = "3";
    int i;
    switch (x) {
        case "1":
            i=1;
            break;
        case "2":
            i=2;
            break;
        default:
            i = x.length();
            break;
    }
    System.out.println(i);
}

在JDK13中使用以下语法：

@Test
public void testSwitch2(){
    String x = "3";
    int i = switch (x) {
        case "1" -> 1;
        case "2" -> 2;
        default -> {
            yield 3;
        }
    };
    System.out.println(i);
}

或者

@Test
public void testSwitch3() {
    String x = "3";
    int i = switch (x) {
        case "1":
            yield 1;
        case "2":
            yield 2;
        default:
            yield 3;
    };
    System.out.println(i);
}

在这之后，switch中就多了一个关键字用于跳出 switch 块了，那就是 yield，他用于返回一个值。和return的区别在于：return会直接跳出当前循环或者方法，而yield只会跳出当前switch块。

文本块（预览）

在JDK 12中引入了Raw String Literals特性，但在发布之前就放弃了。这个JEP与引入多行字符串文字（text block）在意义上是类似的。

这条新特性跟 Kotlin 里的文本块是类似的。

在Java中，通常需要使用String类型表达HTML，XML，SQL或JSON等格式的字符串，在进行字符串赋值时需要进行转义和连接操作，然后才能编译该代码，这种表达方式难以阅读并且难以维护。

文本块就是指多行字符串，例如一段格式化后的xml、json等。而有了文本块以后，用户不需要转义，Java能自动搞定。因此，文本块将提高Java程序的可读性和可写性。

目标

  • 简化跨越多行的字符串，避免对换行等特殊字符进行转义，简化编写Java程序。
  • 增强Java程序中字符串的可读性。

使用

//jdk 13 之前
"<html>\n" +
    " <body>\n" +
    " <p>Hello, 尚硅谷</p>\n" +
    " </body>\n" +
    "</html>\n";

//jdk 13
"""
    <html>
    <body>
    <p>Hello, world</p>
    </body>
    </html>
    """;

使用“”“作为文本块的开始符和结束符，在其中就可以放置多行的字符串，不需要进行任何转义。看起来就十分清爽了。

如常见的SQL语句：

select employee_id,last_name,salary,department_id
from employees
where department_id in (40,50,60)
order by department_id asc
//jdk 13之前
String query = "select employee_id,last_name,salary,department_id\n" +
    "from employees\n" +
    "where department_id in (40,50,60)\n" +
    "order by department_id asc";

//jdk 13

String newQuery = """
    select employee_id,last_name,salary,department_id
    from employees
    where department_id in (40,50,60)
    order by department_id asc
    """;

具体使用

基本使用

  • 文本块是Java语言中的一种新文字。它可以用来表示任何字符串，并且提供更大的表现力和更少的复杂性。
  • 文本块由零个或多个字符组成，由开始和结束分隔符括起来。
    • 开始分隔符是由三个双引号字符（"""），后面可以跟零个或多个空格，最终以行终止符结束。文本块内容以开始分隔符的行终止符后的第一个字符开始。
    • 结束分隔符也是由三个双引号字符（"""）表示，文本块内容以结束分隔符的第一个双引号之前的最后一个字符结束。
  • 文本块中的内容可以直接使用"，"，但不是必需的。
  • 文本块中的内容可以直接包括行终止符。允许在文本块中使用 \n，但不是必需的。例如，文本块：
"""
line1
line2
line3
"""

相当于

"line1\1 nline2\nline3\n"

或者一个连接的字符串：

"line1\n" +
"line2\n" +
"line3\n"

如果字符串末尾不需要行终止符，则结束分隔符可以放在最后一行内容上。例如：

"""
line1
line2
line3"""

相当于:

"line1\nline2\nline3"

文本块可以表示空字符串，但不建议这样做，因为它需要两行源代码：

String empty = """
""";

以下示例是错误格式的文本块：

String a = """"""; // 开始分隔符后没有行终止符
String b = """ """; // 开始分隔符后没有行终止符
String c = """
"; // 没有结束分隔符
String d = """
abc \ def
"""; // 含有未转义的反斜线（请参阅下面的转义处理）

在运行时，文本块将被实例化为String的实例，就像字符串一样。从文本块派生的String实例与从字符串派生的实例是无法区分的。具有相同内容的两个文本块将引用相同的String实例，就像字符串一样。

编译器在编译时会删除掉这些多余的空格。

下面这段代码中，我们用 . 来表示我们代码中的的空格，而这些位置的空格就是多余的。

String html = """
..............<html>
.............. <body>
.............. <p>Hello, world</p>
.............. </body>
..............</html>
..............""";

多余的空格还会出现在每一行的结尾，特别是当你从其他地方复制过来时，更容易出现这种情况，比如下面的代码：

String html = """
..............<html>...
.............. <body>
.............. <p>Hello, world</p>....
.............. </body>.
..............</html>...
..............""";

这些多余的空格对于程序员来说是看不到的，但是他又是实际存在的，所以如果编译器不做处理，可能会导致程序员看到的两个文本块内容是一样的，但是这两个文本块却因为存在这种多余的空格而导致差异，比如哈希值不相等。

转义字符

允许开发人员使用 \n，\f 和\r 来进行字符串的垂直格式化，使用 \b和 \t进行水平格式化。比如下面的代码是合法的：

String html = """
    <html>\n
    <body>\n
    <p>Hello, world</p>\n
    </body>\n
    </html>\n
    """;

请注意，在文本块内自由使用"是合法的。例如:

String story = """
    "When I use a word," Humpty Dumpty said,
in rather a scornful tone, "it means just what I
    choose it to mean - neither more nor less."
    "The question is," said Alice, "whether you
    can make words mean so many different things."
    "The question is," said Humpty Dumpty,
"which is to be master - that's all."
    """;

但是，三个"字符的序列需要进行转义至少一个"以避免模仿结束分隔符：

String code =
    """
    String text = \"""
    A text block inside a text block
    \""";
    """;

文本块连接

可以在任何可以使用字符串的地方使用文本块。例如，文本块和字符串可以相互连接：

String code = "public void print(Object o) {" +
    """
    System.out.println(Objects.toString(o));
}
""";

但是，涉及文本块的连接可能变得相当笨重。以下面文本块为基础：

String code = """
    public void print(Object o) {
    System.out.println(Objects.toString(o));
}
""";

假设我们想把上面的Object改为来自某一变量，我们可能会这么写：

String code = """
    public void print(""" + type + """
                      o) {
    System.out.println(Objects.toString(o));
}
""";

可以发现这种写法可读性是非常差的，更简洁的替代方法是使用String :: replace或String :: format，比如：另一个方法是使用String :: formatted，这是一个新方法，比如：

String code = """
    public void print($type o) {
    System.out.println(Objects.toString(o));
}
""".replace("$type", type);
String code = String.format("""
                            public void print(%s o) {
                                System.out.println(Objects.toString(o));
                            }
                            """, type);

另一个方法是使用String :: formatted，这是一个新方法，比如：

String source = """
    public void print(%s object) {
    System.out.println(Objects.toString(object));
}
""".formatted(type);

动态CDS档案（动态类数据共享归档）

CDS，是java 12的特性了，可以让不同 Java 进程之间共享一份类元数据，减少内存占用，它还能加快应用的启动速度。而JDK13的这个特性支持在Java application执行之后进行动态archive。存档类将包括默认的基础层CDS存档中不存在的所有已加载的应用程序和库类。也就是说，在Java 13中再使用AppCDS的时候，就不再需要这么复杂了。

该提案处于目标阶段，旨在提高AppCDS的可用性，并消除用户进行试运行以创建每个应用程序的类列表的需要。

使用示例：

# JVM退出时动态创建共享归档文件：导出jsa
java -XX:ArchiveClassesAtExit=hello.jsa -cp hello.jar Hello
# 用动态创建的共享归档文件运行应用:使用jsa
java -XX:SharedArchiveFile=hello.jsa -cp hello.jar Hello

ZGC:取消使用未使用的内存

G1和Shenandoah

JVM的GC释放的内存会还给操作系统吗？

GC后的内存如何处置，其实是取决于不同的垃圾回收器。因为把内存还给OS，意味着要调整JVM的堆大小，这个过程是比较耗费资源的。

HotSpot的G1和Shenandoah这两个GC已经提供了这种能力，并且对某些用户来说，非常有用。因此，Java13则给ZGC新增归还unused heap memory给操作系统的特性。

ZGC的使用背景

在JDK 11中，Java引入了ZGC，这是一款可伸缩的低延迟垃圾收集器，但是当时只是实验性的。号称不管你开了多大的堆内存，它都能保证在 10 毫秒内释放 JVM ，不让它停顿在那。但是，当时的设计是它不能把内存归还给操作系统。对于比较关心内存占用的应用来说，肯定希望进程不要占用过多的内存空间了，所以这次增加了这个特性。

在Java 13中，JEP 351再次对ZGC做了增强，将没有使用的堆内存归还给操作系统。ZGC当前不能把内存归还给操作系统，即使是那些很久都没有使用的内存，也只进不出。这种行为并不是对任何应用和环境都是友好的，尤其是那些内存占用敏感的服务，例如：

  • 按需付费使用的容器环境；
  • 应用程序可能长时间闲置，并且和很多其他应用共享和竞争资源的环境；
  • 应用程序在执行期间有非常不同的堆空间需求，例如，可能在启动的时候所需的堆比稳定运行的时候需要更多的堆内存。

使用细节

ZGC的堆由若干个Region组成，每个Region被称之为ZPage。每个Zpage与数量可变的已提交内存相关联。当ZGC压缩堆的时候，ZPage就会释放，然后进入page cache，即ZPageCache。这些在page cache中的ZPage集合就表示没有使用部分的堆，这部分内存应该被归还给操作系统。回收内存可以简单的通过从page cache中逐出若干个选好的ZPage来实现，由于page cache是以LRU（Least recently used，最近最少使用）顺序保存ZPage的，并且按照尺寸（小，中，大）进行隔离，因此逐出ZPage机制和回收内存相对简单了很多，主要挑战是设计关于何时从page cache中逐出ZPage的策略。

一个简单的策略就是设定一个超时或者延迟值，表示ZPage被驱逐前，能在page cache中驻留多长时间。这个超时时间会有一个合理的默认值，也可以通过JVM参数覆盖它。Shenandoah GC用了一个类型的策略，默认超时时间是5分钟，可以通过参数-XX:ShenandoahUncommitDelay = milliseconds覆盖默认值。

像上面这样的策略可能会运作得相当好。但是，用户还可以设想更复杂的策略：不需要添加任何新的命令行选项。例如，基于GC频率或某些其他数据找到合适超时值的启发式算法。JDK13将使用哪种具体策略目前尚未确定。可能最初只提供一个简单的超时策略，使用-XX:ZUncommitDelay = seconds选项，以后的版本会添加更复杂、更智能的策略（如果可以的话）。

uncommit能力默认是开启的，但是无论指定何种策略，ZGC都不能把堆内存降到低于Xms。这就意味着，如果Xmx和Xms相等的话，这个能力就失效了。-XX:-ZUncommit这个参数也能让这个内存管理能力失效。

重新实现旧版套接字API

现有问题

重新实现了古老的 Socket 接口。现在已有的 java.net.Socket 和 java.net.ServerSocket 以及它们的实现类，都可以回溯到 JDK 1.0 时代了。

  • 它们的实现是混合了 Java 和 C 的代码的，维护和调试都很痛苦。
  • 实现类还使用了线程栈作为 I/O 的缓冲，导致在某些情况下还需要增加线程栈的大小。
  • 支持异步关闭，此操作是通过使用一个本地的数据结构来实现的，这种方式这些年也带来了潜在的不稳定性和跨平台移植问题。该实现还存在几个并发问题，需要彻底解决。 在未来的网络世界，要快速响应，不能阻塞本地方法线程，当前的实现不适合使用了。

新的实现类

全新实现的 NioSocketImpl 来替换JDK1.0的PlainSocketImpl。

  • 它便于维护和调试，与 NewI/O (NIO) 使用相同的 JDK 内部结构，因此不需要使用系统本地代码。
  • 它与现有的缓冲区缓存机制集成在一起，这样就不需要为 I/O 使用线程栈。
  • 它使用 java.util.concurrent 锁，而不是 synchronized 同步方法，增强了并发能力。
  • 新的实现是Java 13中的默认实现，但是旧的实现还没有删除，可以通过设置系统属性jdk.net.usePlainSocketImpl来切换到旧版本。

使用

运行一个实例化Socket和ServerSocket的类将显示这个调试输出。这是默认的(新的)。

Module java.base
    Package java.net
    Class SocketImpl
    public abstract class SocketImpl implements SocketOptions {
        private static final boolean USE_PLAINSOCKETIMPL = usePlainSocketImpl();
        private static boolean usePlainSocketImpl() {
            PrivilegedAction<String> pa = () ->
                NetProperties.get("jdk.net.usePlainSocketImpl");
            String s = AccessController.doPrivileged(pa);
            return (s != null) && !s.equalsIgnoreCase("false");
        }
        /**
* Creates an instance of platform's SocketImpl
*/
        @SuppressWarnings("unchecked")
        static <S extends SocketImpl & PlatformSocketImpl> S
            createPlatformSocketImpl(boolean server) {
            if (USE_PLAINSOCKETIMPL) {
                return (S) new PlainSocketImpl(server);
            } else {
                return (S) new NioSocketImpl(server);
            }
        }
    }

SocketImpl的USE_PLAINSOCKETIMPL取决于usePlainSocketImpl方法，而它会从NetProperties读取dk.net.usePlainSocketImpl配置，如果不为null且不为false，则usePlainSocketImpl方法返回true；createPlatformSocketImpl会根据USE_PLAINSOCKETIMPL来创建PlainSocketImpl或者NioSocketImpl。

其他解读

上面列出的是大方面的特性，除此之外还有一些api的更新及废弃，主要见 https://jdk.java.net/13/release-notes，这里举几个例子

增加项

  • 添加FileSystems.newFileSystem(Path, Map<String, ?>) Method
  • 新的java.nio.ByteBuffer Bulk get/put Methods Transfer Bytes Without Regard to Buffer Position
  • 支持Unicode 12.1
  • 添加-XX:SoftMaxHeapSize Flag，目前仅仅对ZGC起作用
  • ZGC的最大heap大小增大到16TB

移除项

  • 移除awt.toolkit System Property
  • 移除Runtime Trace Methods
  • 移除-XX:+AggressiveOpts
  • 移除Two Comodo Root CA Certificates、Two DocuSign Root CA Certificates
  • 移除内部的com.sun.net.ssl包

废弃项

  • 废弃-Xverify:none及-noverify
  • 废弃rmic Tool并准备移除
  • 废弃javax.security.cert并准备移除

已知问题

  • 不再支持Windows 2019 Core Server
  • 使用ZIP File System (zipfs) Provider来更新包含Uncompressed Entries的ZIP或JAR可能造成文件损坏

其他事项

  • GraphicsEnvironment.getCenterPoint()及getMaximumWindowBounds()已跨平台统一
  • 增强了JAR Manifest的Class-Path属性处理
  • 针对Negatively Sized Argument，StringBuffer(CharSequence)及StringBuilder(CharSequence)会抛出NegativeArraySizeException
  • linux的默认进程启动机制已经使用posix_spawn
  • Lookup.unreflectSetter(Field)针对static final fields会抛出IllegalAccessException
  • 使用了java.net.Socket.setSocketImplFactory及java.net.ServerSocket.setSocketFactory方法的要注意，要求客户端及服务端要一致，不能一端使用自定义的factory一端使用默认的factory
  • SocketImpl的supportedOptions, getOption及setOption方法的默认实现发生了变化，默认的supportedOptions返回空，而默认的getOption,及setOption方法抛出UnsupportedOperationException
  • JNI NewDirectByteBuffer创建的Direct Buffer为java.nio.ByteOrder.BIG_ENDIAN
  • Base64.Encoder及Base64.Decoder可能抛出OutOfMemoryError
  • 改进了Serial GC Young pause time report
  • 改进了MaxRAM及UseCompressedOops参数的行为