Java 21新特性有哪些？

Java 21 是 Java 语言的一次重要更新，引入了若干新的特性，提升了开发者的编程效率和代码质量。本文将详细介绍 Java 21 的新特性，包括基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。 ### 简介 随着 Java 语言的不断演进，Java 21 在语法、性能和并发模型上进行了多方面的改进。此次更新强调了代码可读性和简洁性，同时提升了并行编程的能力。新的特性帮助开发者更好地应用现代编程理念。 ### Java 21 新特性概览 Java 21 带来了一系列增强功能，包括但不限于： 1. 模式匹配增强 2. 密封类扩展 3. 记录模式 4. 结构化并发 5. 虚拟线程 ### 模式匹配增强 模式匹配在 Java 中越来越重要，这一模式使得 Java 语言的表达能力得到了极大增强。Java 21 中，模式匹配不仅限于 instanceof，还包括 **switch** 表达式的新能力。 ```csharp Object obj = getObject(); switch (obj) { case Integer i -> System.out.println("Integer: " + i); case String s -> System.out.println("String: " + s); default -> System.out.println("Unknown type"); } ``` 可以通过switch表达式来进行简化。将冒号（:）替换为箭头（->），并且switch表达式默认不会失败，所以不需要break。 ```csharp private static void withSwitchExpression(Fruit fruit) { switch (fruit) { case APPLE, PEAR -> System.out.println("普通水果"); case MANGO, AVOCADO -> System.out.println("进口水果"); default -> System.out.println("未知水果"); } } ``` switch表达式也可以返回一个值，比如上面的例子我们可以让switch返回一个字符串来表示我们要打印的文本。需要注意在switch语句的最后要加一个分号。 ```csharp private static void withReturnValue(Fruit fruit) { String text = switch (fruit) { case APPLE, PEAR -> "普通水果"; case MANGO, AVOCADO -> "进口水果"; default -> "未知水果"; }; System.out.println(text); } ``` 也可以直接省略赋值动作直接打印。 ```csharp private static void withReturnValue(Fruit fruit) { System.out.println(switch (fruit) { case APPLE, PEAR -> "普通水果"; case MANGO, AVOCADO -> "进口水果"; default -> "未知水果"; }); } ``` 如果你想在case里想做不止一件事，比如在返回之前先进行一些计算或者打印操作，可以通过大括号来作为case块，最后的返回值使用关键字yield进行返回。 ```csharp private static void withYield(Fruit fruit) { String text = switch (fruit) { case APPLE, PEAR -> { System.out.println("给的水果是: " + fruit); yield "普通水果"; } case MANGO, AVOCADO -> "进口水果"; default -> "未知水果"; }; System.out.println(text); } ``` 当然也可以直接使用yield返回结果。 ```csharp private static void oldStyleWithYield(Fruit fruit) { System.out.println(switch (fruit) { case APPLE, PEAR: yield "普通水果"; case MANGO, AVOCADO: yield "进口水果"; default: yield "未知水果"; }); } ``` #### 使用方法 引入的模式匹配允许在 **switch** 语句中进行更加复杂的匹配和操作。写法简洁，提高可读性。 #### 常见实践 配合使用模式匹配，通常可用于解析复杂对象结构，增强代码灵活性。 #### 最佳实践 - 使用模式匹配替代多重 if-else 判断,及声明break 返回。 - 避免过于深层嵌套。 ### 密封类扩展 密封类在 Java 21 中得到了更多的支持，允许开发者精细控制继承结构。 ```csharp public sealed class Shape permits Circle, Rectangle { //... } public final class Circle extends Shape { //... } ``` #### 使用方法 密封类允许在类声明中明确指定哪些子类可以继承它，有助于控制类的层次结构。 #### 常见实践 适用于需要对子类集合做严格控制的业务场景，如几何形状、语法树等高级结构。 #### 最佳实践 - 搭配 **sealed**、**non-sealed** 和 **final** 关键字使用，增强类层次结构的可读性。 - 定义清晰、稳定的子类集合。 ### 记录模式 记录模式提供了一种简洁定义不变数据携带类的方式，并且支持用于模式解析。 ```csharp record Point(int x, int y) {} Point p = new Point(3, 4); System.out.println("Point: " + p.x() + ", " + p.y()); ``` #### 使用方法 记录类自动生成了所有字段的访问器、equals()、hashCode()、toString() 方法，无需手动定义。 #### 常见实践 用于数据传递的简单对象存储，避免重复代码。 #### 最佳实践 - 适用于需要不可变数据的情况。 - 记录类字段应尽量设计为私有和最终，保持其不可变特性。 ### 结构化并发 Java 21 引入了结构化并发，简化复杂的并发结构，提高代码的可维护性。 ```csharp try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) { Future future1 = executor.submit(() -> heavyComputation1()); Future future2 = executor.submit(() -> heavyComputation2()); Integer result1 = future1.get(); Integer result2 = future2.get(); System.out.println("Results: " + result1 + ", " + result2); } ``` #### 使用方法 通过结构化并发，开发者能够在一个上下文内启动、管理和终结多个并发任务。 #### 常见实践 应用于需要并发执行的任务处理，如并行数据处理和批量计算。 #### 最佳实践 - 合理设计并发边界，确保线程资源有效分配和回收。 - 利用 try-with-resources 保证合集的自动关闭。 ### 虚拟线程 虚拟线程是 Java 21 带来的革命性进展，允许大规模的轻量级线程操作，超越传统线程的限制。 ```csharp Thread.startVirtualThread(() -> { System.out.println("Running in a virtual thread"); }); ``` #### 使用方法 虚拟线程通过 Thread.startVirtualThread 创建，能够高效处理 I/O 密集型应用。 #### 常见实践 特别适用于高并发、 I/O 重的应用场景，如 web 服务器请求。 #### 最佳实践 - 使用虚拟线程作为默认并发模型，减少阻塞操作。 - 组合使用结构化并发，进一步强化模型的灵活性。 #### 小结 Java 21 为开发者提供了众多新特性，从语言结构到并发模型，提升了开发的效率和代码的简洁性。通过学习这些新特性，开发者能编写更具表现力和可维护性的代码，同时应根据具体需求合理选择应用场景。