Java 16 的主要特性

科技 08-25 来源：一捺夫

Java 16 添加了许多孵化模块（ncubator module），大多是第一个迭代版本，这些模块很多已经在后续的版本中被修改了，了解下就好，不要在生产环境中使用。

外部内存访问 API（Foreign-Memory Access API）

引入一套 API 允许 Java 程序安全和高效的访问外部内存，可替代 sun.misc.Unsafe 。增加了一个孵化模块，名叫 jdk.incubator.foreign，有三个主要的抽象概念：

MemorySegment 作为一段连续内存的模型
MemoryAddress 作为地址模型，可以表示堆内存或堆外内存
MemoryLayout 是对内存片段的编程式描述

下面是简单的代码示例：

try (MemorySegment segment = MemorySegment.allocateNative(100)) {
  int sum = StreamSupport.stream(MemorySegment.spliterator(segment.withOwnerThread(null),seq_bulk),true)
      .mapToInt(slice -> {
          int res = 0;
          for (int i = 0; i < 100 ; i++) {
              res += MemoryAccess.getIntAtIndex(slice, i);
          }
          return res;
      }).sum();
}

在后面的版本中，这套 API 又进行了更新，上面的代码只能在 Java 版本中运行。

外部链接 API（Foreign Linker API）

引入一个提供静态类型的纯 Java 访问本地代码的 API，结合上面的外部内存访问 API 将大大简化绑定到本机库的其他容易出错的过程。

Java 在之前的版本中已经提供 JNI 方案来实现本地调用，但是使用麻烦，也很弱。JNI 要求开发 Java API,c 语言头文件，c 语言实现，即使有工具辅助，开发者也不得不通过多个工具链保持多平台的同步。于是，又出现了许多框架来填补这片空白，像 JNA、JNR、JavaCPP 等。Foreign Linker API 则可以将外部本地函数暴露为 method handle，使其可以直接使用 Java 代码调用，不需要像 JNI 一样编写胶水代码。

假设我们想要调用下面的标准库函数：

size_t strlen(const char *s);

通过 CLinker 和 LibraryLookup 相关的 API 可以获取到 MethodHandle 对象。

MethodHandle strlen = CLinker.getInstance().downcallHandle(
    LibraryLookup.ofDefault().lookup("strlen"),
    MethodType.methodType(long.class, MemoryAddress.class),
    FunctionDescriptor.of(C_LONG, C_POINTER)
);

除了 Downcalls 还有 Upcalls，可以将 Java 代码作为函数指针传递给外部本地函数，这里就不再多做介绍了。

Java 调用本地代码，我基本上从来没有在工作中使用过，一般普通的调用，可以使用 Java 的 command 调用。一般的开发，这样的需求比较少，只有一些需要和底层紧密结合的程序才用的到，像 JavaFX 实现就需要编写 c 和 c++ 代码来调用底层的图形库。

默认对 JDK 内部做强封装

将所有 JDK 内部元素做了强封装，将程序对内部 api 的访问做了限制，已经存在的代码如果使用了内部的类、方法或字段，可能会无法运行，通过参数 --illegal-access=permit ，这个参数未来也会删除。

下面列出了部分示例代码，都是无法继续使用的，运行时会报异常：

System.out.println(sun.security.util.SecurityConstants.ALL_PERMISSION);
Exception in thread "main" java.lang.IllegalAccessError: class Test
  (in unnamed module @0x5e481248) cannot access class
  sun.security.util.SecurityConstants (in module java.base) because
  module java.base does not export sun.security.util to unnamed
  module @0x5e481248
var ks = java.security.KeyStore.getInstance("jceks");
var f = ks.getClass().getDeclaredField("keyStoreSpi");
f.setAccessible(true);
Exception in thread "main" java.lang.reflect.InaccessibleObjectException:
  Unable to make field private java.security.KeyStoreSpi
  java.security.KeyStore.keyStoreSpi accessible: module java.base does
  not "opens java.security" to unnamed module @6e2c634b

给基于值的类增加警告

将原始类型的包装类标记为 value-based，弃用它们的构造器，并给予弃用警告。对于 java 平台中任何使用基于值（value-based）的类实现不正当的同步行为给予警告。

Double d = 20.0;
synchronized (d) { ... } // javac warning & HotSpot warning
Object o = d;
synchronized (o) { ... } // HotSpot warning

早在 Java 9 已经将包装类的构造器标记为弃用并在未来删除，由于原始类型是有缓存机制，构造出来的实例并不是唯一（值相同有可能是同一个实例），用于同步是不可靠的。

Unix domain sockets

在 java.nio.channels, SocketChannel, and ServerSocketChannel 中提供对 Unix domain sockets （AF_UNIX）的支持。

SocketChannel.open(UnixDomainSocketAddress.of('path.sock'))

java.time Formats 支持 Day Period

日期格式新增字母 B 表示一天中的时间段（day period），在类 java.time.format.DateTimeFormatter/DateTimeFormatterBuilder 中提供了支持。

// 时间是 20:00，输出：晚上
DateTimeFormatter.ofPattern("B").format(LocalTime.now())

Stream 新增 toList() 方法

toList() 方法相比之前使用 collect() 方便了很多。但是，也有可能造成源码不兼容的情况，比如说你写一个类来实现 Stream，那么在这个类中就不能从别的地方静态引入 toList()，因为 toList() 会被认为是调用类自己的方法，如果要使用 Collectors.toList() 只能使用全限定名。

向量 API （孵化）

增加一个孵化模块 jdk.incubator.vector，提供向量运算 API，在运行时编译为适当的硬件指令，提升运算速度。

static final VectorSpecies SPECIES = FloatVector.SPECIES_256;

void vectorComputation(float[] a, float[] b, float[] c) {

    for (int i = 0; i < a.length; i += SPECIES.length()) {
        var m = SPECIES.indexInRange(i, a.length);
        // FloatVector va, vb, vc;
        var va = FloatVector.fromArray(SPECIES, a, i, m);
        var vb = FloatVector.fromArray(SPECIES, b, i, m);
        var vc = va.mul(va).
                    add(vb.mul(vb)).
                    neg();
        vc.intoArray(c, i, m);
    }
}

改进 CompileCommand

CompileCommand 参数有个 option 类型用于传递子命令集合，这些命令没有合法性检查，以致于如果有拼写错误命令会被忽略。现在的格式是：

-XX:CompileCommand=option,,

现在所有的选项命令都作为普通命令按下面的格式传递：

-XX:CompileCommand=

示例：

-XX:CompileCommand=exclude,java/*.* -XX:CompileCommand=log,java*.*

ZGC 并发栈处理

ZGC 现在可以并发进行线程栈处理了，所有的 JVM 中的 gc root 对象都会在 ZGC 的并发阶段被处理，取代之前的 stop-the-world 停顿。

JFR 添加新事件 jdk.ObjectAllocationSample

jdk.ObjectAllocationSample 事件的引入允许始终在线和低开销的分配信息收集。

弹性元数据

及时的将 HotSpot 中无用的元数据(metaspace)内存还给操作系统，减少元数据的内存占用。

jarsigner 保留 POSIX 文件权限和链接属性

jarsigner 是一个用于 jar 文件签名和校验的工具，新版本的 jarsigner 在签名后生成的新文件将保留 POSIX 文件权限和链接属性。

密封类预览第二版

密封类（Sealed Classes）从 jdk15 开始添加了第一个预览版本，16 更新了第二个预览版本，在 17 中成为正式版本。密封类的主要用途是对一个类或接口增加约束，可以限制哪些类才能继承或实现类和接口。

public sealed class Rectangle extends Shape 
    permits TransparentRectangle, FilledRectangle {  }

record 增强

放宽了嵌入限制，支持了方法、成员变量等在内部类中申明。

构造函数：

record Range(int lo, int hi) {
    Range {
        if (lo > hi)  // referring here to the implicit constructor parameters
            throw new IllegalArgumentException(String.format("(%d,%d)", lo, hi));
    }
}

方法：

record SmallPoint(int x, int y) {
  public int x() { return this.x < 100 ? this.x : 100; }
  public int y() { return this.y < 100 ? this.y : 100; }
}

局部申明，嵌入使用：

List findTopMerchants(List merchants, int month) {
    // Local record
    record MerchantSales(Merchant merchant, double sales) {}

    return merchants.stream()
        .map(merchant -> new MerchantSales(merchant, computeSales(merchant, month)))
        .sorted((m1, m2) -> Double.compare(m2.sales(), m1.sales()))
        .map(MerchantSales::merchant)
        .collect(toList());
}

我倒是觉得 record 再扩展下去没有必要，也不怎么实用，反正我很少去用。

instanceof 模式匹配

引进新语法支持在使用 instanceof 判定类型和同时申明一个转换好类型的变量。

if (obj instanceof String s) {
   // s 相当于是 String s = (String) obj
}

还可以很方便的写一些逻辑运算：

if (obj instanceof String s && s.length() > 5) {
    flag = s.contains("jdk");
}

打包工具

打包工具 jpackage 在 14 版本中被引入，在 15 中依然是孵化中的状态，在 16 中已经可以投入生产了。

工具支持原生包格式能够给用户一个自然的安装体验，格式包括：windows 上的 msi 和 exe , macOS 上的 pkg 和 dmg , linux 上的 deb 和 rpm 。可以直接在命令行调用或者通过编码的方式，通过 ToolProvider 来使用。

部分使用示例：

jpackage --name myapp --input lib --main-jar main.jar

jpackage --name myapp --input lib --main-jar main.jar --main-class myapp.Main

jpackage --name myapp --input lib --main-jar main.jar --type pkg