JDK21更新特性详解（一）

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| 430: | String Templates (Preview) |

1. 什么是 String Templates?

String Templates 是 Java 15 中引入的一个新特性，它允许我们在字符串中使用占位符来动态替换变量的值。它提供了一种更简洁、更直观的方式来构建字符串，而不需要使用传统的字符串拼接或格式化方法。

2. 为什么需要 String Templates?

在传统的 Java 中，我们通常使用字符串拼接或格式化方法来构建动态字符串。这种方式需要手动处理变量的值，并且容易出错。而且，当字符串中包含大量变量时，代码会变得冗长且难以维护。

String Templates 的引入解决了这个问题，它提供了一种更简洁、更易读的方式来构建动态字符串。通过使用占位符，我们可以将变量的值直接嵌入到字符串中，而不需要手动处理。

3. String Templates 的实现原理?

String Templates 的实现原理是通过在字符串中使用占位符${}来表示变量。在运行时，Java 编译器会将这些占位符替换为实际的变量值。

具体来说，当我们使用 String Templates 时，编译器会将字符串中的占位符${} 解析为一个特殊的表达式，并将其转换为对应的变量值。这个过程是在编译时完成的，所以在运行时不会有额外的性能开销。

4. String Templates 的优点

• 「简洁易读」：使用占位符 ${}来表示变量，使得代码更加简洁、易读。
• 「类型安全」：String Templates 在编译时会进行类型检查，确保变量的类型与占位符的类型匹配，避免了运行时的类型错误。
• 「性能优化」：String Templates 的解析过程是在编译时完成的，所以在运行时不会有额外的性能开销。
• 「可扩展性」：String Templates 支持自定义的格式化函数，可以根据需求进行扩展。

5. String Templates 的缺点

• 「兼容性」：String Templates 是 Java 15 中引入的新特性，需要使用 Java 15 或更高版本的 JDK 才能使用。
• 「语法限制」：String Templates 的占位符 ${}只能用于表示变量，不能用于执行任意的表达式。
• 「可读性」：当字符串中包含大量的占位符时，可能会降低代码的可读性。

6. String Templates 的使用示例

下面是一个使用 String Templates 的简单示例：

String name = "Alice";
int age = 25;
String message = "My name is ${name} and I'm ${age} years old.";
System.out.println(message)

输出结果为：

My name is Alice and I'm 25 years old.

7. String Templates 的使用注意事项

• 占位符 ${}中的变量名必须是有效的 Java 标识符。
• 占位符 ${}中的变量值可以是任意类型，编译器会自动进行类型转换。
• 如果变量值为 null，占位符 ${}会被替换为字符串"null"。
• String Templates 支持嵌套使用，可以在占位符 ${}中使用其他占位符。

8. 总结

String Templates 是 Java 15 中引入的一个新特性，它提供了一种更简洁、更直观的方式来构建动态字符串。通过使用占位符${} ，我们可以将变量的值直接嵌入到字符串中，而不需要手动处理。String Templates 具有简洁易读、类型安全、性能优化和可扩展性等优点，但也存在兼容性、语法限制和可读性等缺点。在使用 String Templates 时，需要注意占位符的命名规则和变量值的类型。

| 431: | Sequenced Collections |

Sequenced Collections

1. 什么是 Sequenced Collections？

Sequenced Collections 是 Java 中的一个新特性，它是通过 JEP 431 引入的。Sequenced Collections 是一种新的集合类型，它提供了一种有序的、线程安全的集合实现。它的目标是提供一种高效的、可扩展的有序集合，以满足在多线程环境下处理大量数据的需求。

2. 为什么需要 Sequenced Collections？

在并发编程中，处理大量数据时，有序集合是非常常见的需求。然而，Java 标准库中的集合类（如 ArrayList、LinkedList 等）并不是线程安全的，因此在多线程环境下使用它们可能会导致数据不一致的问题。为了解决这个问题，开发人员通常需要使用同步机制（如 synchronized 关键字或 Lock 对象）来保证集合的线程安全性，但这会带来额外的开销和复杂性。

Sequenced Collections 的目标就是提供一种高效的、可扩展的有序集合，以解决在多线程环境下处理大量数据时的线程安全问题。

3. Sequenced Collections 的实现原理

Sequenced Collections 的实现基于一种称为"Sequenced Locks"的机制。Sequenced Locks 是一种特殊的锁机制，它允许多个线程同时读取集合中的数据，但只允许一个线程进行写操作。这种机制可以提高并发性能，同时保证数据的一致性。

在 Sequenced Collections 中，每个元素都有一个唯一的序列号，用于标识元素的顺序。读操作可以并发进行，而写操作则需要获取锁来保证原子性。当一个线程进行写操作时，其他线程可以继续读取集合中的数据，但不能进行写操作，直到写操作完成。

4. Sequenced Collections 的优点

• 「线程安全」：Sequenced Collections 提供了线程安全的集合实现，可以在多线程环境下安全地访问和修改集合中的数据。
• 「高效性能」：Sequenced Collections 使用了 Sequenced Locks 机制，可以提高并发性能，同时保证数据的一致性。
• 「可扩展性」：Sequenced Collections 的设计考虑了可扩展性，可以处理大量数据的并发访问。

5. Sequenced Collections 的缺点

• 「额外开销」：Sequenced Collections 的实现需要维护元素的序列号和锁机制，这会带来一定的额外开销。
• 「写操作的延迟」：由于写操作需要获取锁来保证原子性，可能会导致其他线程在写操作完成之前无法进行写操作。

6. Sequenced Collections 的使用示例

下面是一个使用 Sequenced Collections 的简单示例：

import java.util.concurrent.SequencedHashMap;
public class SequencedCollectionsExample {
    public static void main(String[] args) {
        SequencedHashMap<Integer, String> map = new SequencedHashMap<>();
        // 添加元素
        map.put(1, "Apple");
        map.put(2, "Banana");
        map.put(3, "Orange");
        // 获取元素
        String fruit = map.get(2);
        System.out.println(fruit); // 输出: Banana
        // 遍历元素
        map.forEach((key, value) -> System.out.println(key + ": " + value));
        // 输出:
        // 1: Apple
        // 2: Banana
        // 3: Orange
    }
}

在上面的示例中，我们使用了 SequencedHashMap 来创建一个有序的、线程安全的集合。我们可以使用 put 方法添加元素，使用 get 方法获取元素，使用 forEach 方法遍历元素。

7. Sequenced Collections 的其他注意事项

• Sequenced Collections 是 Java 标准库的一部分，从 Java 17 开始引入。
• Sequenced Collections 提供了多种集合类型，如 SequencedHashMap、SequencedArrayList 等。
• Sequenced Collections 可以与其他 Java 集合类（如 ArrayList、LinkedList 等）一起使用，以满足不同的需求。

8. 总结

Sequenced Collections 是 Java 中的一个新特性，它提供了一种有序的、线程安全的集合实现。它通过使用 Sequenced Locks 机制来保证线程安全性和并发性能。Sequenced Collections 具有高效性能、可扩展性等优点，但也存在额外开销和写操作延迟的缺点。在使用 Sequenced Collections 时，我们可以创建 SequencedHashMap、SequencedArrayList 等集合类型，并使用 put、get、forEach 等方法来操作集合中的数据。

| 439: | Generational ZGC |

1. 什么是 Generational ZGC?

Generational ZGC（Z Garbage Collector）是一种用于 Java 虚拟机（JVM）的垃圾回收器。它是 OpenJDK 项目中的一个特性，旨在提供低延迟和高吞吐量的垃圾回收解决方案。

2. 为什么需要 Generational ZGC?

传统的垃圾回收器在处理大型堆内存时可能会导致长时间的停顿，这对于需要快速响应和低延迟的应用程序来说是不可接受的。Generational ZGC 的目标是减少这些停顿时间，并且能够处理非常大的堆内存。

3. Generational ZGC 的实现原理

Generational ZGC 基于分代垃圾回收的概念，将堆内存划分为多个代。其中包括 Young Generation（年轻代）和 Old Generation（老年代）。具体的实现原理如下：

年轻代（Young Generation）

• 年轻代使用了 Region 的概念，将整个年轻代划分为多个大小相等的区域。
• 每个区域都有一个指针指向下一个可用的区域，形成一个链表结构。
• 当对象被创建时，它们首先被分配到年轻代的某个区域中。
• 当一个区域被填满时，会触发一次年轻代垃圾回收（Minor GC）。
• Minor GC 使用了并行和压缩算法来回收不再使用的对象。

老年代（Old Generation）

• 老年代是存放生命周期较长的对象的区域。
• 当一个对象在年轻代经历了多次垃圾回收后仍然存活，它将被晋升到老年代。
• 当老年代空间不足时，会触发一次老年代垃圾回收（Major GC）。
• Major GC 使用了并发标记和并行清理算法来回收不再使用的对象。

并发处理

Generational ZGC 采用了并发处理的方式来减少停顿时间。具体包括：

• 年轻代垃圾回收过程中，应用程序可以继续执行。
• 在老年代垃圾回收过程中，应用程序也可以继续执行，只有在最后的清理阶段才会产生短暂的停顿。

4. Generational ZGC 的优点

• 「低延迟」：Generational ZGC 通过并发处理和分代回收的策略，实现了非常低的停顿时间，适合对响应时间要求高的应用场景。
• 「高吞吐量」：Generational ZGC 在尽可能减少停顿时间的同时，也能保持较高的垃圾回收吞吐量。
• 「大堆支持」：Generational ZGC 可以处理非常大的堆内存，适用于需要大内存容量的应用程序。

5. Generational ZGC 的缺点

• 「性能开销」：由于并发处理和分代回收的策略，Generational ZGC 会带来一定的性能开销。这主要体现在 CPU 和内存的使用上。
• 「配置复杂」：Generational ZGC 有一些与性能相关的配置参数，需要根据具体场景进行调整，对于不熟悉的用户来说可能比较复杂。

6. Generational ZGC 的使用示例

以下是一个简单的 Java 代码示例，展示了如何启用 Generational ZGC：

java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC YourApplication

7. Generational ZGC 的使用注意事项

• Generational ZGC 是 OpenJDK 项目中的新特性，虽然已经相当稳定，但仍然建议在生产环境中进行充分测试。
• 在使用 Generational ZGC 时，建议监控系统资源使用情况，以便及时调整配置参数或采取其他措施来优化性能。

8. 总结

Generational ZGC 是一种用于 Java 虚拟机的垃圾回收器，旨在提供低延迟和高吞吐量的垃圾回收解决方案。它通过并发处理和分代回收的策略，实现了非常低的停顿时间，并且能够处理非常大的堆内存。然而，使用 Generational ZGC 需要注意性能开销和配置复杂性。

| 440: | Record Patterns |

1. 什么是 Record Patterns?

Record Patterns 是 Java 16 中引入的一个新特性，它允许我们在模式匹配中使用记录类型（record types）。记录类型是一种新的类声明形式，用于定义不可变的数据对象。而 Record Patterns 则提供了一种简洁的方式来进行模式匹配，并且可以方便地从记录类型中提取字段值。

2. 为什么需要 Record Patterns?

在传统的 Java 编程中，当我们需要对某个对象的属性进行判断和提取时，通常需要手动编写大量的代码来完成这些操作。而引入 Record Patterns 可以极大地简化这个过程，使得代码更加清晰、简洁，并且减少了出错的可能性。

3. Record Patterns 的实现原理

Record Patterns 的实现原理主要涉及两个方面：记录类型和模式匹配。

记录类型

记录类型是一种新的类声明形式，通过 record 关键字来定义。它自动提供了以下功能：

• 自动生成私有 final 字段，并根据构造函数参数初始化这些字段。
• 自动生成 equals()、 hashCode() 和 toString() 方法。
• 提供了一种紧凑的语法来定义字段和构造函数。

模式匹配

模式匹配是指根据给定的模式来匹配某个对象，并执行相应的操作。在 Record Patterns 中，我们可以使用 instanceof 关键字和模式变量来进行模式匹配。

具体地说，当我们使用 Record Patterns 进行模式匹配时，编译器会自动为记录类型生成一个模式匹配方法。这个方法接受一个对象作为参数，并根据给定的模式进行匹配。如果匹配成功，则将字段值绑定到相应的模式变量中，从而可以在后续代码中使用。

4. Record Patterns 的优点

Record Patterns 带来了以下几个优点：

• 「简洁性」：使用 Record Patterns 可以大大简化对记录类型的模式匹配操作，减少冗余代码。
• 「可读性」：Record Patterns 提供了一种直观、清晰的语法，使得代码更易于理解和维护。
• 「安全性」：由于 Record Patterns 自动生成了 equals() 和 hashCode() 方法，可以避免手动实现这些方法时可能出现的错误。
• 「提高开发效率」：Record Patterns 可以减少重复劳动，提高开发效率。

5. Record Patterns 的缺点

尽管 Record Patterns 带来了很多好处，但也存在一些限制和缺点：

• 「不可变性」：记录类型是不可变的，即字段值不能被修改。这意味着如果需要修改某个字段的值，就必须创建一个新的记录对象。
• 「局限性」：Record Patterns 目前只能用于记录类型，不能用于其他类。
• 「兼容性」：由于 Record Patterns 是在 Java 16 中引入的新特性，因此需要使用 Java 16 或更高版本才能使用。

6. Record Patterns 的使用示例

下面是一个简单的示例，展示了如何使用 Record Patterns 进行模式匹配：

record Person(String name, int age) {}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("Alice", 25);
        if (person instanceof Person p) {
            System.out.println(p.name()); // 输出 "Alice"
            System.out.println(p.age()); // 输出 25
        }
    }
}

在上述示例中，我们定义了一个名为 Person 的记录类型，并创建了一个 Person 对象。然后，我们使用 Record Patterns 进行模式匹配，将字段值绑定到模式变量 p 中，并输出字段值。

7. Record Patterns 的使用注意事项

在使用 Record Patterns 时，需要注意以下几点：

• 记录类型的字段默认是 final 的，即不能被修改。如果需要修改某个字段的值，就必须创建一个新的记录对象。
• 记录类型的构造函数参数和字段名称要一致，否则会导致编译错误。
• 模式匹配方法的命名规则是 match<RecordTypeName>，例如 matchPerson()。

8. 总结

Record Patterns 是 Java 16 引入的一个新特性，它提供了一种简洁、清晰的方式来进行模式匹配，并且可以方便地从记录类型中提取字段值。使用 Record Patterns 可以使代码更加简洁、可读，并提高开发效率。然而，由于记录类型是不可变的，因此在修改字段值时需要创建新的对象。同时，Record Patterns 目前只能用于记录类型，不能用于其他类。