JDK 21 的新特性有哪些？带你全面解读 Java 的未来

news2025/4/18 21:15:03

引言：从 JDK 21 看 Java 的进化之路

Java 是一门历久弥新的语言，每一次版本更新都在强化它的生态体系。2023 年发布的 JDK 21，作为长期支持版本（LTS），带来了许多令人兴奋的新特性。不论你是开发者、架构师还是技术爱好者，这些新功能都能帮助你写出更高效、更优雅的代码。

本文将带你全面解析 JDK 21 的主要新特性，并通过实际案例帮助你快速上手。

一、面向未来的增强：主要新特性概览

1. Virtual Threads（虚拟线程，正式版）

虚拟线程 是 JDK 21 最重要的特性之一，它彻底革新了 Java 的并发模型。传统线程（OS Thread）开销大，数量有限，而虚拟线程则是轻量级线程，调度由 JVM 管理，支持数百万级并发。

核心特性：

每个任务一个虚拟线程，避免线程池的复杂管理。
线程创建成本极低。
与传统线程完全兼容。

代码示例：

public class VirtualThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try (var executor = Thread.ofVirtual().factory().newThreadExecutor()) {
            executor.submit(() -> {
                System.out.println("Hello from Virtual Thread: " + Thread.currentThread());
            });
        }
    }
}

亮点：

减少资源浪费，提升服务器性能。
简化并发编程模型，更关注业务逻辑。

2. Scoped Values（范围值，预览版）

Scoped Values 是一种新的共享数据传递方式，用于替代 ThreadLocal，但更加安全和高效。

适用场景：

为子线程传递上下文数据（特别适合虚拟线程）。
避免使用 ThreadLocal 带来的内存泄漏问题。

代码示例：

import jdk.incubator.concurrent.ScopedValue;

public class ScopedValueDemo {
    private static final ScopedValue<String> USER_ID = ScopedValue.newInstance();

    public static void main(String[] args) {
        ScopedValue.where(USER_ID, "User123").run(() -> {
            System.out.println("Current User ID: " + USER_ID.get());
        });
    }
}

3. Pattern Matching（模式匹配，正式版）

Java 的 模式匹配 在 JDK 21 迎来了正式版，增强了 switch 和 instanceof 的能力。

代码示例：模式匹配增强的 switch

public static String describe(Object obj) {
    return switch (obj) {
        case Integer i -> "It's an Integer: " + i;
        case String s -> "It's a String: " + s;
        case null -> "It's null";
        default -> "Unknown type";
    };
}

亮点：

减少冗长的类型检查代码。
更加类型安全和语义清晰。

4. Record Patterns（记录模式，正式版）

记录模式允许在模式匹配中解构 Record 类型，进一步增强了 Java 的表达能力。

代码示例：解构 Record

record Point(int x, int y) {}

public static String describe(Point p) {
    return switch (p) {
        case Point(int x, int y) when x > 0 && y > 0 -> "Point is in the first quadrant";
        default -> "Point is not in the first quadrant";
    };
}

5. Unnamed Classes 和 Instance Main 方法（预览版）

JDK 21 引入了一种快速编写简单 Java 应用的能力，支持匿名类和简化的 main 方法，特别适合教学场景或临时代码。

代码示例：快速编写临时代码

// No need to define a class explicitly
public static void main() {
    System.out.println("Hello, Java 21!");
}

二、性能优化与底层增强

1. String Templates（字符串模板，预览版）

字符串模板让字符串插值更简单，更安全，提升了代码的可读性。

代码示例：字符串模板

String name = "Alice";
int age = 25;

String template = STR."My name is {name}, and I am {age} years old.";
System.out.println(template);

2. Foreign Function & Memory API（正式版）

JDK 21 中，FFM API 正式发布，用于更安全高效地调用本地代码和管理内存。

代码示例：读取本地内存数据

import java.lang.foreign.*;

public class FFMExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (MemorySegment segment = MemorySegment.allocateNative(100)) {
            MemoryAccess.setByteAtOffset(segment, 0, (byte) 42);
            System.out.println("Value: " + MemoryAccess.getByteAtOffset(segment, 0));
        }
    }
}