JDK21更新特性详解（三）

| 444: | Virtual Threads |

1. 什么是 Virtual Threads?

Virtual Threads（虚拟线程）是 Java 平台的一项新功能，它旨在改进 Java 中的并发编程模型。传统上，Java 使用基于操作系统线程的并发模型，每个线程都需要分配一个操作系统线程来执行。而 Virtual Threads 则提供了一种更高效、更轻量级的线程模型。

2. 为什么需要 Virtual Threads?

在传统的基于操作系统线程的并发模型中，创建和销毁线程以及在线程之间切换的开销很大。这限制了 Java 应用程序在处理大规模并发时的性能和扩展性。此外，由于操作系统线程的数量有限，当应用程序需要创建大量线程时，可能会导致资源耗尽或者性能下降。

Virtual Threads 的出现解决了这些问题。它通过引入一种轻量级的线程模型，可以在 Java 应用程序中创建数百万甚至数十亿个线程，而不会受到操作系统线程数量的限制。这使得 Java 应用程序能够更好地适应大规模并发场景，并提供更高的性能和可伸缩性。

3. Virtual Threads 的实现原理

Virtual Threads 的实现依赖于 Java 虚拟机（JVM）的协作调度器和 Fork/Join 框架。它通过将多个 Virtual Threads 映射到少量的操作系统线程上来实现高效的并发执行。

具体而言，当一个 Java 应用程序创建一个 Virtual Thread 时，JVM 会为其分配一个虚拟线程（也称为轻量级线程）。这些虚拟线程由协作调度器管理，并在需要时与操作系统线程进行绑定。协作调度器负责决定哪个虚拟线程可以运行以及何时切换虚拟线程。

Fork/Join 框架是 Virtual Threads 的另一个关键组件。它提供了一种任务并行编程模型，允许开发人员将任务分解成更小的子任务，并使用工作窃取算法来实现负载均衡。Virtual Threads 利用 Fork/Join 框架的能力，在不同的虚拟线程之间自动地、透明地进行任务划分和调度。

4. Virtual Threads 的优点

• 「更高的性能」：Virtual Threads 减少了线程创建和销毁的开销，同时避免了操作系统线程数量的限制，从而提供更高的性能。
• 「更好的可伸缩性」：由于 Virtual Threads 可以创建数百万甚至数十亿个线程，因此 Java 应用程序可以更好地适应大规模并发场景，并具有更好的可伸缩性。
• 「更低的资源消耗」：相比于操作系统线程，Virtual Threads 是轻量级的，占用更少的内存和 CPU 资源。

5. Virtual Threads 的缺点

虽然 Virtual Threads 带来了许多优势，但也存在一些潜在的缺点：

• 「学习成本较高」：使用 Virtual Threads 需要对并发编程模型有一定的理解，并且需要适应新的 API 和开发范式。
• 「可能引入新的问题」：由于 Virtual Threads 是一个相对较新的功能，可能会存在一些未知的问题或者不稳定性。

6. Virtual Threads 的使用示例

下面是一个简单的使用 Virtual Threads 的示例代码：

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
public class VirtualThreadsExample {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadPoolExecutor executor = (ThreadPoolExecutor) Executors.newVirtualThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int taskId = i;
            executor.execute(() -> {
                System.out.println("Task " + taskId + " is running on virtual thread: " + Thread.currentThread().getName());
            });
        }
        executor.shutdown();
    }
}

上述示例中，我们使用Executors.newVirtualThreadExecutor()方法创建了一个ThreadPoolExecutor实例，该实例可以执行 Virtual Threads。然后，我们通过调用execute()方法提交了一系列任务，每个任务都会打印当前运行的虚拟线程的名称。

7. Virtual Threads 的使用注意事项

在使用 Virtual Threads 时，需要注意以下几点：

• 虽然 Virtual Threads 可以创建大量线程，但过多的线程仍可能导致性能下降或资源耗尽。因此，在设计应用程序时，仍需合理控制并发度。
• 使用 Virtual Threads 时，需要遵循良好的并发编程实践，如避免共享可变状态、使用适当的同步机制等，以确保线程安全性和正确性。
• 在迁移现有代码到使用 Virtual Threads 时，需要进行一定的重构和调整，以适应新的 API 和开发范式。

8. 总结

Virtual Threads 是 Java 平台的一项新功能，旨在改进 Java 中的并发编程模型。它通过引入轻量级的虚拟线程，并利用协作调度器和 Fork/Join 框架来提供高效的并发执行。Virtual Threads 具有更高的性能、更好的可伸缩性和较低的资源消耗，但也需要学习成本较高，并且可能存在一些潜在的问题。在使用 Virtual Threads 时，需要注意合理控制并发度、遵循并发编程实践，并进行必要的重构和调整。

| 445: | Unnamed Classes and Instance Main Methods (Preview) |

1. 什么是 Unnamed Classes and Instance Main Methods (Preview)?

"Unnamed Classes and Instance Main Methods" 是一个 Java 编程语言的新特性，它在 JDK 14 中引入，并在 JDK 15 中成为预览功能。该特性允许我们在类中定义匿名类和实例主方法。

在传统的 Java 编程中，我们只能在顶级类或静态内部类中定义 main 方法作为程序的入口点。而使用 "Unnamed Classes and Instance Main Methods" 特性后，我们可以在任何类的实例中定义 main 方法，从而使得程序的入口点更加灵活。

2. 为什么需要 Unnamed Classes and Instance Main Methods?

传统的 Java 程序必须将 main 方法定义在顶级类或静态内部类中，这限制了程序的结构和组织方式。有时候，我们可能希望将多个相关的逻辑封装在同一个类的实例中，以提高代码的可读性和可维护性。而 " Unnamed Classes and Instance Main Methods" 特性正是为了满足这种需求而引入的。

通过在类的实例中定义 main 方法，我们可以更好地组织和管理程序的逻辑，减少顶级类和静态内部类的数量，使代码更加清晰和易于理解。

3. Unnamed Classes and Instance Main Methods 的实现原理

"Unnamed Classes and Instance Main Methods" 特性的实现原理涉及到两个方面：匿名类和实例主方法。

3.1 匿名类

在 Java 中，我们可以使用匿名类来创建一个没有显式名称的类。匿名类通常用于创建临时的、只需要一次使用的类对象。它们可以继承自某个类或实现某个接口，并重写其中的方法。

匿名类的语法如下：

new 父类构造器(参数列表) {
    // 匿名类的成员变量和方法定义
}

3.2 实例主方法

传统的 Java 程序入口点是通过静态 main 方法来定义的，而 "Unnamed Classes and Instance Main Methods" 特性允许我们在类的实例中定义 main 方法。

实例主方法的语法如下：

public void main(String[] args) {
    // 主方法的代码逻辑
}

4. Unnamed Classes and Instance Main Methods 的优点

• 「灵活性」：通过在类的实例中定义 main 方法，程序的入口点更加灵活，可以根据需求将多个相关的逻辑封装在同一个类的实例中。
• 「可读性」：将相关的逻辑组织在同一个类的实例中，使得代码更加清晰和易于理解。
• 「可维护性」：减少顶级类和静态内部类的数量，简化代码结构，提高代码的可维护性。

5. Unnamed Classes and Instance Main Methods 的缺点

• 「语法复杂」：匿名类和实例主方法的语法相对传统的 main 方法更加复杂，需要额外的学习成本。
• 「可读性降低」：如果滥用该特性，将多个逻辑封装在同一个类的实例中可能会导致代码可读性下降。

6. Unnamed Classes and Instance Main Methods 的使用示例

下面是一个使用 "Unnamed Classes and Instance Main Methods" 特性的示例：

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        new Example().main(args);
    }
    public void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

在上述示例中，我们定义了一个名为 Example 的类，并在其中创建了一个实例。通过调用实例的 main 方法，程序的入口点被指定为该实例的 main 方法。

7. Unnamed Classes and Instance Main Methods 的使用注意事项

• 在使用 "Unnamed Classes and Instance Main Methods" 特性时，需要确保每个类的实例只有一个 main 方法，否则编译器将无法确定程序的入口点。
• 匿名类和实例主方法的语法较为复杂，需要仔细理解并遵循正确的语法规则。
• 虽然 "Unnamed Classes and Instance Main Methods" 特性在 JDK 15 中成为预览功能，但仍然存在一些潜在的问题和限制。在使用时需要注意这些问题，并及时反馈给开发团队。

8. 总结

"Unnamed Classes and Instance Main Methods" 是 Java 编程语言的一个新特性，它允许我们在类的实例中定义匿名类和实例主方法。通过该特性，我们可以更灵活地组织程序的逻辑，提高代码的可读性和可维护性。然而，使用该特性需要注意语法复杂性和可读性降低的问题，并遵循正确的使用方式。

| 446: | Scoped Values (Preview) |

1. 什么是 Scoped Values (Preview)?

Scoped Values (Preview) 是 Java 平台的一个新特性，它在 JDK 17 中引入。该特性旨在提供一种机制，用于在代码块级别上设置和使用临时变量。

2. 为什么需要 Scoped Values (Preview)?

在传统的 Java 编程中，我们通常会将变量声明在方法或类的作用域内，并且这些变量的生命周期与其所在的作用域相同。然而，在某些情况下，我们可能希望在更小的范围内定义临时变量，以便更好地控制其可见性和生命周期。

Scoped Values (Preview) 提供了一种简洁、安全的方式来定义和使用临时变量，使得代码更加清晰易读，并且可以减少不必要的命名冲突和资源泄漏问题。

3. Scoped Values (Preview) 的实现原理?

Scoped Values (Preview) 的实现基于 Java 语言规范中的局部变量类型推断（Local Variable Type Inference）机制。通过使用 var 关键字，我们可以在代码块内部声明临时变量，并根据初始化表达式的类型进行类型推断。

例如，以下示例展示了如何使用 Scoped Values (Preview) 声明和使用临时变量：

void exampleMethod() {
    // 使用 Scoped Values (Preview) 声明临时变量
    var message = "Hello, World!";
    // 在代码块内部使用临时变量
    if (message.length() > 10) {
        System.out.println(message);
    }
}

在上述示例中，我们使用 Scoped Values (Preview) 声明了一个名为 message 的临时变量，并将其初始化为字符串 "Hello, World!" 。然后，在 if 语句的代码块内部，我们可以直接使用该临时变量。

4. Scoped Values (Preview) 的优点

• 「简洁性」：Scoped Values (Preview) 提供了一种更简洁的方式来声明和使用临时变量，减少了冗余的代码。
• 「可读性」：通过在代码块级别上定义临时变量，使得代码更加清晰易读，提高了代码的可维护性。
• 「类型安全」：Scoped Values (Preview) 基于 Java 语言规范中的局部变量类型推断机制，确保了变量的类型安全性。

5. Scoped Values (Preview) 的缺点

尽管 Scoped Values (Preview) 提供了许多优点，但也存在一些潜在的缺点：

• 「兼容性问题」：由于 Scoped Values (Preview) 是 JDK 17 中引入的新特性，因此在较旧版本的 Java 中无法使用。
• 「学习成本」：对于不熟悉局部变量类型推断机制的开发人员来说，可能需要一些时间来适应 Scoped Values (Preview) 的使用方式。

6. Scoped Values (Preview) 的使用示例

以下是一个使用 Scoped Values (Preview) 的简单示例：

void printMessage() {
    var message = "Hello, World!";
    System.out.println(message);
}

在上述示例中，我们使用 Scoped Values (Preview) 声明了一个名为 message 的临时变量，并将其初始化为字符串 "Hello, World!" 。然后，我们通过调用 System.out.println 方法打印该临时变量的值。

7. Scoped Values (Preview) 的使用注意事项

在使用 Scoped Values (Preview) 时，需要注意以下几点：

• 「作用域限制」：Scoped Values (Preview) 声明的临时变量仅在当前代码块内部可见，超出该代码块范围后将无法访问。
• 「类型推断」：由于 Scoped Values (Preview) 是基于局部变量类型推断机制实现的，因此必须确保初始化表达式具有明确的类型信息，以便进行正确的类型推断。
• 「命名冲突」：当在同一代码块内使用多个 Scoped Values (Preview) 声明临时变量时，需要避免命名冲突，以免引起混淆和错误。

8. 总结

Scoped Values (Preview) 是 Java 平台的一个新特性，它提供了一种在代码块级别上设置和使用临时变量的机制。通过使用 var 关键字，我们可以在代码块内部声明临时变量，并根据初始化表达式的类型进行类型推断。Scoped Values (Preview) 的优点包括简洁性、可读性和类型安全性，但也存在兼容性问题和学习成本。在使用 Scoped Values (Preview) 时，需要注意作用域限制、类型推断和命名冲突等注意事项。