Java 21 中的新特性

Java 21 的计划将于 9 月到期，现在包括关键封装机制 API 和 32 位 Windows 端口的弃用。

Java Development Kit (JDK) 21 将于 9 月作为 Oracle 标准 Java 实现的下一个长期支持版本发布，现在正式为其提议了 13 个特性，最近几天又增加了两个特性。

最新提案包括密钥封装机制 (KEM) API 和弃用 32 位 x86 Windows 端口。本月早些时候添加了其他三个功能——世代 Shenandoah 垃圾收集器、未命名的类和实例主要方法，以及未命名的模式和变量。

这五个提案加入了 3 月和 4 月提出的八个功能：分代 ZGC（Z 垃圾收集器）、记录模式、表达式和语句的模式匹配switch、矢量 API、序列化集合、虚拟线程、字符串模板预览，以及第三个外部函数和内存 API 的预览。另外，JDK 21 还将更改网络名称分配给 Windows 网络接口的方式。

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GPL 下的早期访问二进制文件可在获得。甲骨文每六个月发布一次标准 Java 的新版本，最新版本已于 3 月 21 日发布。目前 JDK 21 的具体提案包括：

• ，一种通过公共密码术保护对称密钥的加密技术。该提案的一个目标是使应用程序能够使用 KEM 算法，例如 RSA 密钥封装机制 (RSA-KEM)、椭圆曲线集成加密方案 (ECIES) 以及美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的候选算法后量子密码标准化过程。另一个目标是在更高级别的协议（例如传输层安全性 (TLS)）和加密方案（例如混合公钥加密 (HPKE)）中启用 KEM。此外，安全提供商将能够在 Java 代码或本机代码中实施 KEM 算法，并包括在中定义的 Diffie-Hellman KEM (DHKEM) 的实施。
• 弃用用于删除的 Windows 32 位 x86 端口，目的是在将来的版本中将其删除。该提案旨在更新构建系统，以便在尝试为 Windows 32 位 x86 配置构建时发出错误消息。该消息将通过一个新的配置选项被抑制。此外，计划将端口和相关的端口特定功能标记为已弃用，以便在相关文档中删除。该提案指出，Windows 10 是最后一个支持 32 位操作的 Windows 操作系统，其生命周期将于 2025 年 10 月结束。
• Generational Shenandoah , 一个增强Shenandoah GC 的提案具有实验性的生成收集功能，以提高可持续的吞吐量、负载峰值弹性和内存利用率。该提案的主要目标是在不破坏非分代 Shenandoah 的情况下提供一种实验性分代模式，目的是使分代模式成为未来版本中的默认模式。其他目标包括在不牺牲低 GC 暂停的情况下减少持续内存占用、减少 CPU 和电源使用、维持高吞吐量以及继续支持压缩对象指针。该提案最初将支持 x64 和 AArch64，随着实验模式的推进准备就绪，会添加对其他指令集的支持。取代非分代 Shenandoah 不是目标，它将继续作为默认操作模式，其性能或功能不会退化。
• 未命名类和实例主要方法的预览，以改进语言，以便学生能够编写他们的第一个 Java 程序，而无需了解为大型程序设计的语言功能。学生无需使用单独的 Java 方言，就可以为单类程序编写简化的声明，然后随着技能的增长无缝地扩展程序以使用更高级的功能。目的是为 Java 提供一个平滑的入口。
• 未命名模式和变量的预览，以使用未命名模式和未命名变量增强语言。未命名的模式匹配一个记录组件而不声明组件的名称或类型，而未命名的变量可以被初始化但不能使用。两者都用下划线字符 . 表示_。该提案旨在通过消除不必要的嵌套模式来提高记录模式的可读性，并通过识别必须声明但不会使用的变量来提高所有代码的可维护性。
• Generational ZGC旨在通过扩展 ZGC 以维护新旧对象的不同代来提高应用程序性能。年轻的对象往往会早逝，保持不同的世代将使 ZGC 更频繁地收集它们。使用分代 ZGC 运行的应用程序应该会看到以下好处：分配停顿的风险降低、所需的堆内存开销降低以及垃圾收集 CPU 开销降低。与非分代 ZGC 相比，这些好处应该不会显着降低吞吐量。
• 在JDK 19和JDK 20中预览的记录模式将解构记录值。可以嵌套记录模式和类型模式，以实现强大的、声明式的和可组合的数据导航和处理形式。该提案的目标包括扩展模式匹配以解构记录类的实例并添加嵌套模式，从而实现更多可组合的数据查询。此功能与 switch 的模式匹配共同发展。当前 JEP（JDK 增强提案）中的记录模式建议根据持续的经验和反馈进一步完善该功能。除了较小的编辑更改外，自第二次预览以来的主要更改是删除了对出现在增强的标题中的记录模式的支持for陈述。该功能可能会在未来的 JEP 中重新提出。
• 模式匹配 forswitch使一个switch表达式或语句能够针对多个模式进行测试，每个模式都有特定的操作，因此可以安全、简洁地表达复杂的面向数据的查询。此功能最初是在JDK 17中提出的，随后在JDK 18 、JDK 19 和 JDK 20中得到完善。它将在 JDK 21 中最终确定，并根据反馈和经验进一步完善。与以前的 JEP 相比的主要变化是删除了括号模式并允许限定的枚举常量，例如带有switch表达式和语句的 case 常量。目标包括扩大表达能力和适用性switch通过允许模式出现在 case 标签中，允许在需要时放宽历史 null-hostility ，以及通过要求模式语句覆盖所有潜在输入值switch来提高语句的安全性来表达和语句。另一个目标是确保现有的表达式和语句继续编译而无需更改，并以相同的语义执行。switchswitchswitch
• 向量 API的第六个孵化器，用于表达向量计算，在运行时可靠地编译为支持的 CPU 架构上的最佳向量指令，实现优于等效标量计算的性能。这之前已经在JDK 16到 JDK 20 中孵化。最新版本包括性能增强和错误修复。该提案的目标包括清晰简洁、与平台无关，以及在 x64 和 AArch64 架构上提供可靠的运行时编译和性能。其他目标包括优雅降级，当向量计算不能在运行时完全表示为向量指令序列时，以及与Project Valhalla对齐。
• 外部函数和内存 API使 Java 程序能够与 Java 运行时之外的代码和数据进行互操作。通过高效地调用外部函数和安全地访问外部内存，这个预览 API 使 Java 程序能够调用本地库和处理本地数据，而没有 JNI（Java Native Interface）的脆弱性和危险性。该 API 之前在上个月首次亮相的JDK 20和 2022 年 9 月发布的JDK 19中进行了预览。最新预览版中的改进包括增强的布局路径和取消引用地址布局的新元素，集中管理本机的生命周期接口中的段Arena、后备本机链接器实现以及删除VaList. 该提案的目标包括易用性、性能、通用性和安全性。在此 API 之上重新实现 JNI 或以任何方式更改 JNI 都不是目标。
• 虚拟线程是轻量级线程，有望“显着”减少编写、维护和观察高吞吐量并发应用程序的工作量。该计划的目标包括使以简单的每个请求一个线程的方式编写的服务器应用程序能够以接近最佳的硬件利用率进行扩展，使使用 API 的现有代码能够以最小的变化采用虚拟线程，并使虚拟线程的调试和分析变得lang.Thread容易使用当前 JDK 工具的线程。之前在JDK 20和JDK 19中都有预览，虚拟线程将在 JDK 21 中完成。随着 JDK 21，虚拟线程现在支持线程局部变量所有的时间，并且不可能创建没有这些变量的虚拟线程。对线程局部变量的保证支持确保更多现有库可以不加改动地用于虚拟线程，并有助于将面向任务的代码迁移到使用虚拟线程。
• 序列化集合引入了接口来表示具有定义的遇到顺序的集合。每个集合都有明确定义的第一个和第二个元素，依此类推，直到最后一个元素。提供了统一的 API 来接受第一个和最后一个元素并以相反的顺序处理元素。激发该提案的是 Java 的集合框架的情况缺少一个集合类型来表示具有定义的遇到顺序的元素序列。它还缺乏适用于这些集合的统一操作集。这些差距一直是一个问题，也是投诉的来源。该提案要求定义用于集合、集合和映射排序的接口，并将其改装到现有的集合类型层次结构中。所有这些新方法都有默认实现。
• 字符串模板作为预览功能出现，通过将文字文本与嵌入式表达式和处理器相结合来生成专门的结果，从而补充 Java 现有的字符串文字和文本块。此语言功能和 API 旨在通过简化 Java 程序的编写，使表达包含运行时计算值的字符串变得容易。它承诺增强表达式的可读性、提高程序安全性、保持灵活性并简化接受以非 Java 语言编写的字符串的 API 的使用。实现从组合文字文本和嵌入表达式派生的非字符串表达式的开发也是一个目标。

根据Oracle 的 Java 团队的说法，除了这些 JEP 之外，JDK 分配给Windows 网络接口的网络名称将在 JDK 21 中发生变化。建议进行网络多播或使用API 的应用程序的维护者注意此更改。java.net.NetworkInterface

JDK 过去曾为 Windows 上的网络接口合成名称。这已更改为使用 Windows 操作系统分配的名称。此更改可能会影响使用该方法查找网络接口的代码NetworkInterface.GgetbyName(String-name)。 

JDK 21 的拟议发布时间表包括发生在 6 月 8 日和 7 月 20 日的斜坡下降阶段。功能集在第一个斜坡下降阶段被冻结，而错误修复仍在继续。随后是 8 月 10 日和 8 月 24 日的初始和最终候选版本，仍有可能修复错误，随后于 9 月 19 日全面上市。

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作为长期支持（LTS）版本，JDK 21 将获得五年的Premier 支持和延长支持，直到 2031 年 9 月。当前的 LTS 版本是JDK 17，发布于 2021 年 9 月。非 LTS 版本，例如JDK 20和JDK 19，仅获得六个月的首要支持并且没有扩展支持。

JDK 21 还可以添加许多其他潜在功能。其中一个是作用域值预览，用于在线程内和线程间共享不可变数据。此功能在 JDK 20 中孵化。第二种可能性是毕业结构化并发，这是一项简化错误处理和提高可靠性的提案，以预览状态。此功能之前已在 JDK 19 和 JDK 20 中孵化。

准备禁止动态加载代理的功能是第三种可能性。当代理被动态加载到正在运行的 JVM 中时，此功能会发出警告，为将来默认不允许加载动态代理的版本做准备。最后，JDK 21 的第四个潜在功能是实验性的紧凑对象标头功能，旨在减少 JVM 中对象标头的大小以减少堆大小。