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【JAVA】常用的JDK8、JDK17 以及 JDK21 的主要新特性和演进过程

news 来源：原创 2025/6/29 9:22:11

JDK8、JDK17 以及 JDK21 的主要新特性和演进过程。

一、JDK8 的特性

JDK8 是 Java 语言历史上具有里程碑意义的版本，主要特性包括：

Lambda 表达式
引入了函数式编程风格，使得代码更加简洁。
示例代码：
```
Runnable r = () -> System.out.println("Hello, JDK8");
r.run();
```

Stream API
便于对集合进行过滤、映射、规约等操作，支持函数式操作数据流。
示例代码：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
int sum = numbers.stream().filter(n -> n % 2 == 0).mapToInt(Integer::intValue).sum();
System.out.println(sum);

默认方法（Default Methods）
允许接口提供方法默认实现，便于接口演进。
示例代码：

interface MyInterface {
    default void sayHello() {
        System.out.println("Hello from default method");
    }
}

Optional 类
用于显式处理可能为空的值，减少 NullPointerException 风险。
示例代码：
```
Optional<String> optional = Optional.of("JDK8");
optional.ifPresent(System.out::println);
```
新的日期/时间 API（java.time 包）
提供了更清晰、不可变的日期时间处理方式，替代旧的 Date 和 Calendar 类。
示例代码：
```
LocalDate today = LocalDate.now();
System.out.println(today);
```
Nashorn JavaScript 引擎
内置 JavaScript 运行环境，方便在 Java 中运行 JS 代码（JDK15 后该引擎被移除）。

二、从 JDK8 到 JDK17 之间的主要特性演进及 JDK17 的特性

2.1 从 JDK8 到 JDK17 的总体演进摘要

在 JDK8 之后到 JDK17 之间，Java 生态经历了以下几个关键变化：

模块化系统（Project Jigsaw）（JDK9）：将庞大的 JDK 拆分为模块，改善封装性、安全性和发布方式。
交互式工具 JShell（JDK9）：提供了 REPL 环境，方便学习和快速原型开发。
局部变量类型推断（var 关键字）（JDK10）：大大减少了冗长的类型声明。
HTTP Client API 的标准化（JDK11）：替代了旧的 HTTP 处理方式，支持 HTTP/2。
新增的 String 方法（如 isBlank、strip、lines、repeat 等）在 JDK11 中出现，提升了字符串处理的便利性。
switch 表达式、文本块、records、pattern matching 等预览和新语法：从 JDK12 至 JDK16，这些特性不断试验、完善，并逐步部分标准化。
隐式类型模式匹配与 sealed classes：在 JDK15-17 中逐步引入并完善，使得面向对象结构更加安全和清晰。

2.2 JDK17 的主要特性

JDK17（LTS 版本）在这些演变的基础上，更加成熟地引入了以下关键特性：

Sealed Classes（密封类）
限制哪些类或接口可以扩展或实现某个超类型，帮助设计更安全的类层次结构。
示例代码：

public sealed interface Shape permits Circle, Rectangle { }
public final class Circle implements Shape { /* ... */ }
public final class Rectangle implements Shape { /* ... */ }

Pattern Matching for switch（预览）
将模式匹配扩展到 switch 语句中，让分支判断更加简洁。
示例代码（预览形式）：

Object obj = "JDK17 Feature";
switch (obj) {
    case String s -> System.out.println(s.toUpperCase());
    default -> System.out.println("Unknown type");
}

Foreign Function & Memory API（孵化中）
提供安全高效的方式访问 Java 堆之外的内存和调用本地代码，替代传统 JNI。
（此特性目前仍在孵化阶段，具体代码示例通常较为复杂，此处不做详细展开。）
其它改进
例如增强的随机数生成器 API、改进的垃圾收集器（如 ZGC）、改良的 Nest-Based Access Control 等，进一步提升了语言的性能和可用性。

三、从 JDK17 到 JDK21 之间的主要特性演进及 JDK21 的特性

3.1 从 JDK17 到 JDK21 的总体演进摘要

在 JDK17 之后到 JDK21 之间，Java 继续稳步演进，主要变化包括：

虚拟线程（Virtual Threads）：由 Project Loom 推出，旨在大幅简化高并发编程，降低线程开销。
结构化并发（Structured Concurrency）：提供一种将多个并发任务作为一个整体管理的编程模型，使错误处理和资源管理更直观。
Scoped Values：作为 ThreadLocal 的现代替代方案，用于在特定作用域内安全传递只读数据，避免内存泄露问题。
Record Patterns 与 Pattern Matching for switch 进一步成熟：这些功能在预览后经过不断优化，使得在模式匹配解构记录时更为简洁和安全。
Foreign Function & Memory API 的进一步完善：从孵化到预览的提升，使得与本地代码交互更稳定高效。

3.2 JDK21 的主要特性

JDK21 在上述演进的基础上，正式推出或进一步完善了以下关键特性：

Scoped Values（孵化/预览）
提供一种更安全的线程局部存储方案，替代传统的 ThreadLocal，避免因持久存储而导致的内存泄漏问题。
示例代码（伪代码形式）：

// 创建一个 ScopedValue 实例（通常为静态字段）
ScopedValue<String> greeting = ScopedValue.newInstance();

// 在某个作用域内设置 ScopedValue 的值
ScopedValue.where(greeting, "Hello, JDK21", () -> {
    // 在此作用域中可以获取到刚刚设置的值
    System.out.println(greeting.get()); // 输出 "Hello, JDK21"
});

虚拟线程（Virtual Threads）
虚拟线程已经从预览逐步成熟，允许开发者以轻量级线程管理高并发场景，极大简化了并发编程。
示例代码：
```
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    executor.submit(() -> System.out.println("Running in a virtual thread!"));
}
```

Record Patterns 的进一步成熟
Record Patterns 使得在进行记录（record）解构时无需冗长的显式调用，进一步简化代码。
示例代码：

record Point(int x, int y) { }

Object obj = new Point(3, 4);
if (obj instanceof Point(int x, int y)) {
    System.out.println("x: " + x + ", y: " + y);
}

Pattern Matching for switch（进一步优化，可能已稳定）
让 switch 语句可以直接根据对象类型和匹配条件分支处理，代码更简洁。
示例代码（示意）：

Object data = /*...*/;
switch (data) {
    case Integer i when i > 0 -> System.out.println("Positive integer: " + i);
    case String s -> System.out.println("String: " + s);
    default -> System.out.println("Other type");
}

Foreign Function & Memory API（预览提升）
进一步优化了调用本地函数和访问堆外内存的安全性与效率，为高性能计算和与原生库交互提供更佳支持。（此部分代码较复杂，此处略。）

结构化并发（Structured Concurrency）
通过将多个并发任务组合为一个整体，简化错误处理和任务取消的逻辑。
示例代码（示意）：

try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {
    Future<String> result1 = scope.fork(() -> "Task1 result");
    Future<String> result2 = scope.fork(() -> "Task2 result");
    scope.join(); // 等待所有任务完成
    System.out.println(result1.resultNow() + ", " + result2.resultNow());
}

其它细微优化和 API 改进
如对集合、字符串、日期时间等 API 的进一步增强，保证语言整体的一致性和高性能。

总结

JDK8 重点推出了Lambda 表达式、Stream API、默认方法、Optional 和全新的日期时间 API，大幅提升了代码表达能力和开发效率。
从 JDK8 到 JDK17 期间，Java 不仅引入了模块化、var、JShell、HTTP Client、以及一系列新字符串与 switch 语法改进，还逐步试验了 Records、Pattern Matching 和 Sealed Classes 等新语法。
在 JDK17 中，Sealed Classes 正式定型、Pattern Matching for switch（预览）、Foreign Function & Memory API（孵化） 等成为该版本的亮点特性，并进一步完善了线程、垃圾收集器等底层优化。
从 JDK17 到 JDK21 期间，Java 的并发和与本地代码交互能力得到了显著提升。JDK21 则在此基础上引入了Scoped Values（替代传统 ThreadLocal）、虚拟线程（正式或进一步成熟）、Record Patterns、以及结构化并发等特性，使得并发编程更为高效、简洁，API 之间的协作也更加优雅。