Java 17 (JDK 17) 深度解析：新特性、升级指南与性能优化 – wiki大全

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Java 17 (JDK 17) 深度解析：新特性、升级指南与性能优化

Java 17，作为 Oracle 的长期支持（LTS）版本，于2021年9月发布，为开发者带来了大量新特性、性能改进和安全更新。它不仅是Java生态系统发展中的一个重要里程碑，也标志着企业级应用向现代化架构演进的关键一步。本文将深入探讨Java 17的主要新特性、详细的升级指南以及如何通过迁移到Java 17实现性能优化。

一、Java 17 新特性概览

Java 17集成了自Java 11以来多个版本的改进，包含了许多孵化、预览和最终定稿的JEP（JDK Enhancement Proposals），极大地提升了开发效率、代码可读性和平台安全性。

1. 密封类 (Sealed Classes) (JEP 409)

密封类（Sealed Classes）在Java 17中正式定稿。它允许你限制哪些类或接口可以扩展或实现一个密封组件。通过sealed关键字，开发者可以精确控制类继承或接口实现，从而实现更严格的封装和更清晰的领域模型。这有助于编译器进行更彻底的检查，并为未来的模式匹配提供支持，提高代码的可维护性和安全性。

“`java
public sealed interface Shape permits Circle, Rectangle {
// …
}

public final class Circle implements Shape {
// …
}

public non-sealed class Rectangle implements Shape {
// …>
}
“`

2. Switch 的模式匹配 (Pattern Matching for Switch) (JEP 406 – 预览)

Java 17引入了switch表达式和语句的模式匹配（作为预览功能）。这项特性允许在switch语句中使用类型模式，从而消除显式的类型转换，并能处理除原始类型和枚举之外的对象。它提供了一种更简洁、更可读的方式来处理复杂的多条件逻辑。

java
// Java 17 (Preview)
Object obj = "Hello Java 17";
String formatted = switch (obj) {
case Integer i -> String.format("int %d", i);
case Long l -> String.format("long %d", l);
case String s -> String.format("String %s", s);
default -> obj.toString();
};

3. 记录类 (Records) (JEP 395 – Java 16 定稿)

虽然记录类在Java 16中最终定稿，但对于从Java 8或11升级到17的用户来说，它无疑是一个重要的新特性。记录类旨在为数据载体类提供简洁的语法，显著减少了编写构造函数、getter方法、equals()、hashCode()和toString()等样板代码的需求。

“`java
public record Point(int x, int y) {}

// 编译器自动生成构造函数、getter、equals、hashCode、toString
Point p = new Point(10, 20);
System.out.println(p.x()); // 访问成员
“`

4. 外部函数和内存 API (Foreign Function & Memory API) (JEP 412 – 孵化)

这个API（处于孵化阶段）旨在提供一种更安全、更高效的方式，使Java程序能够与Java虚拟机外部的代码和数据进行互操作。它旨在取代JNI（Java Native Interface），提供更好的安全性、易用性和性能，方便Java应用调用本地库和处理堆外内存。

5. 增强的伪随机数生成器 (Enhanced Pseudo-Random Number Generators) (JEP 356)

Java 17引入了新的接口和实现，用于伪随机数生成器（PRNGs），提供了更快的生成速度和更高的安全性，同时也支持可互操作的种子。

6. 恢复始终严格的浮点语义 (Restore Always-Strict Floating-Point Semantics) (JEP 306)

此JEP恢复了浮点运算的始终严格的IEEE 754语义。这意味着不再需要strictfp关键字来确保可预测的浮点运算结果，所有浮点操作都将默认遵循严格的IEEE 754规则。

7. 强封装 JDK 内部 API (Strongly Encapsulate JDK Internals) (JEP 403)

此项变更进一步限制了对JDK内部API的默认访问。它增强了平台的安全性和可维护性，防止应用程序意外或恶意地依赖于非公开API，鼓励开发者使用标准化的公共API。

8. 其他值得关注的变更

  • 废弃并移除 Applet API (JEP 398)：Applet API 已被废弃并计划移除。
  • 移除 RMI Activation (JEP 407)：RMI Activation 已被移除。
  • 新的 macOS 渲染管道 (JEP 382) 和 macOS/AArch64 端口 (JEP 391)：为macOS平台提供了改进，包括新的渲染管道和对Apple Silicon (AArch64) 的支持。

二、Java 17 升级指南

从旧版本（特别是Java 8或Java 11）升级到Java 17可能涉及一些挑战，但遵循以下步骤可以确保顺利过渡：

1. 评估现有环境

首先，全面了解您的项目及其所有依赖项。识别所有使用的库、框架以及它们对当前JDK版本的依赖性。使用工具（如jdeps）可以帮助分析项目的模块依赖。

2. 更新开发环境

  • 下载并安装 JDK 17：从Oracle官网或OpenJDK社区下载并安装最新版的JDK 17。
  • 配置 JAVA_HOME：更新您的JAVA_HOME环境变量以指向JDK 17安装路径。
  • 更新 IDE：确保您的集成开发环境（IDE），如IntelliJ IDEA (2021.3.2或更高版本) 或 Eclipse (2021-09或更高版本)，支持Java 17。

3. 升级构建系统

  • 更新构建工具：
    • Maven：升级到版本 3.8+，并确保使用兼容Java 17的Maven Compiler Plugin (如 3.5.4+)。
    • Gradle：升级到版本 7+。
  • 配置目标版本：在构建配置文件中（pom.xml或build.gradle）将Java版本指定为 17。

4. 更新依赖项

  • 第三方库和框架：将所有第三方库和框架升级到与Java 17兼容的版本。许多现代框架（如Spring Boot 3、JUnit 5）已不再支持Java 8。
  • 包迁移：注意一些包的迁移，例如从javax.*到jakarta.*（与Jakarta EE相关）。

5. 代码级变更与重构

  • 废弃和移除的 API：识别并更新代码中使用了已废弃或移除的API的部分。jdeprscan工具可以帮助您查找这些问题。
  • 强封装的内部 API：如果您的应用程序依赖于JDK内部API，您可能需要进行重构以使用标准公共API。作为临时解决方案，可以使用--add-exports和--add-opens JVM参数来放宽访问限制，但应避免长期依赖。jdeps --jdk-internals可以帮助识别这些内部API依赖。
  • 移除的模块：清理已移除的旧依赖项和模块，例如JAXB和Nashorn。
  • JVM 参数变更：检查并更新任何已废弃或移除的JVM参数。例如，旧的日志标志可能需要转换为新的日志系统。

6. 全面测试

在完成代码变更后，务必对应用程序进行彻底的测试，包括单元测试和集成测试，以发现并修复任何兼容性问题或运行时错误。

7. 静态代码分析

利用静态代码分析工具（如SpotBugs、PMD、SonarQube）来检测潜在的风险代码构造、性能瓶颈或不符合Java 17最佳实践的代码。

三、Java 17 性能优化

升级到Java 17不仅带来了新功能，也提供了显著的性能提升潜力。

1. JIT 编译器改进

Java 17中的即时（JIT）编译器得到了进一步优化，能够生成更高效的机器代码，从而提高应用程序的运行时性能。

2. 垃圾回收器 (GC) 增强

  • G1 垃圾回收器：Java 17对默认的G1垃圾回收器进行了多项改进，使其在处理各种工作负载时更加高效。
  • 低延迟 GC：像ZGC（Z Garbage Collector）和Shenandoah这样的低延迟垃圾回收器也得到了显著增强。它们旨在最大限度地减少GC暂停时间，提高应用程序的响应速度，尤其适用于大型堆和对延迟敏感的应用。
  • 性能基准测试：有基准测试显示，在G1GC下，Java 17相比Java 11可以带来8.66%的平均速度提升；在ParallelGC下，可带来6.54%的速度提升。

3. 内存管理

Java 17在非堆内存消耗和清理方面表现出更好的性能，这意味着JVM在管理堆外内存时更加高效。

4. 降低长请求率

一些迁移案例表明，升级到Java 17可以显著（约50%）降低长请求率，这表明应用程序的响应能力和吞吐量得到了提升。

5. 利用新语言特性

充分利用记录类（Records）、密封类（Sealed Classes）和增强的Switch表达式等新语言特性，可以编写出更简洁、更具表现力的代码。这些特性减少了样板代码，并可能为编译器提供更多优化机会。

6. JVM 调优

根据应用程序的特定需求，对JVM参数进行精细调优，尤其是垃圾回收器相关的参数，可以进一步榨取性能。

7. 安全更新

Java 17增强了安全特性，包括改进的加密算法和更严格的内存访问限制。这些安全改进虽然不直接是“性能”，但通过防止漏洞和潜在的攻击，间接确保了应用的稳定性和健壮性，避免了因安全问题导致的性能下降或停机。

四、结论

Java 17作为LTS版本，是Java平台成熟和创新的结晶。它不仅带来了强大的新语言特性，提升了开发体验，更通过底层的性能优化和严格的安全措施，为现代企业级应用提供了坚实的基础。虽然升级可能需要投入时间和精力，但其带来的开发效率提升、代码质量改善、应用性能增强以及长期维护的稳定性，都将是值得的投资。拥抱Java 17，意味着您的应用程序将运行在更安全、更高效、更具前瞻性的平台上。

—The article has been written in Chinese, covering new features, upgrade guidelines, and performance optimization for Java 17, based on the information gathered from the web search.
The task is complete.

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