ArchGrid - 架构知识网格 - Java 19的新特性

Java 19同样是一个小的进化版本，相比Java 18并没有引入更多稳定发布的功能，而是继续对即将要加入的功能进行孵化和预览。

Java 19计划于2022年9月发布，但是因为其并非长期支持版本，故不建议在生产环境中优先选择使用。

本系列的文章有：

功能提案

在Java 19中主要增加了以下提案中的功能：

在这些功能提案中有一些属于老生常谈的继续孵化功能，所以这里拣选一些值得注意的新功能记录一下。

将`instanceOf`的模式匹配应用于记录模式

形如以下形式的instanceof模式匹配在Java 16中被引入。

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if (o instanceof String s) {
  System.out.println(s);
}

在这个简短的示例中，变量o的原始类型并不是String，可能仅是Object，但是通过instanceof操作符，变量o可以被确定为String的一个实例，那么这个完成类型确定以后的实例，就被交由变量s来引用了。这个模式取代了自谦旧式语法中，需要在if语句的条件判断中先试用instanceof操作符判断类型再在分支体里声明一个变量，并做一次类型转换了。

随着Java 17和Java 18中switch模式匹配功能的发展，更加大大的简化了对于数据的操作。Java 19在此基础上引入了一个记录模式的感念。一个记录模式由类型、可以与记录组件匹配的记录组件模式列表和可选标识符组成。其实说白了就还是上面那个简单的示例，只不过用在了更加复杂的记录类上。

例如：

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// 如果有记录类
record Point(int x, int y) {}

// 那么在Java 19中可以这样从其中取得x和y的值
if (v instanceof Point(var a, var b)) {
  // 这里使用变量a和变量b
}

这在其他的语言里就可以被称为解构语法了。那么自然地，这个记录模式匹配也是支持泛型的，例如record Box<T>(T t) {}，就可以使用b instanceof Box<Object>(String s)这样的表达式将其解构成String类型的值。

再继续延伸以后，这个表达式还可以使用在switch模式匹配上。

外部函数与内存API

外部函数与内存API在Java 17中进行了孵化，并在Java 19版本中达到了预览。

在没有外部函数和内存API的时候，我们需要通过sun.misc.Unsafe提供的功能来执行一些低级别、不安全的操作方法。从这个类的名字也能看出来，在大多数情况下这个功能还是不建议随意使用的。而从Java 1.1就开始支持的JNI调用，在实际使用中步骤复杂，并且会脱离JVM的语言安全机制控制。

所以在这种情况下，为了解决这些问题，Java引入了一套新的API，即外部函数和内存API（FFM API）。这套API主要定义了以下类和接口：

分配外部内存：MemorySegment、MemoryAddress、SegmentAllocator；
操作和访问结构化外部内存：MemoryLayout、VarHandle；
控制外部内存分配和释放：MemorySession；
调用外部函数：Linker、FunctionDescriptor、SymbolLookup。

例如可以这样在堆上存储四个字符串。

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String[] strings = {"1", "2", "3", "4"};
SegmentAllocator allocator = implicitAllocator();
MemorySegment offHeap = allocator.allocateMemory(ValueLayout.ADDRESS, strings.length);
for (int i = 0; i < strings.length; i++) {
  MemorySegment cStr = allocator.allocateUtf8String(strings[i]);
  offHeap.setAtIndex(ValueLayout.ADDRESS, i, cStr);
}

虚拟线程

虚拟线程不是Java提出来的新东西，这种概念在其他的语言中早已被大量而普遍的使用，例如Go语言中的协程。

Java 19中引入的虚拟线程概念是由JDK实现的一个轻量级线程，多个虚拟线程共享一个系统线程。虚拟线程的使用可以避免传统线程上下文切换带来的额外资源耗费，可以简化高并发程序的编写和调试。

Java中在线程中运行一个任务的核心依旧是Runnable，但是任务启动已经发生了改变，例如可以使用Thread.ofVirtual()来创建一个虚拟线程，使用Thread.startVirtualThread(Runnable)来直接在虚拟线程中启动一个任务。而创建传统系统线程则是改为使用Thread.ofPlatform()来完成的。

虚拟线程的引入虽然使Java的线程管理API发生了一些变化，但其实际使用的核心功能API并未发生太大改变。

结构化并发

结构化并发在Java 19中是一个孵化功能，它出现的目的是为了简化多线程编程。结构化并发框不同线程中运行的多个任务视为一个工作单元，从而简化其中的错误处理并提高其可观察性和可靠性。

目前结构化并发提供的基本API是StructuredTaskScope，可以用来将一个任务拆分成多个并发子任务，子任务在自己的线程中执行，所有子任务执行结束后再继续执行主任务。

例如以下实例：

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try (var scope = new StructuredTaskScope<Object>()) {
  Future<Integer> future1 = scope.fork(task1);
  Future<String> future2 = scope.fork(task2);
  scope.join();
  // 这里即可以使用future1和future2返回的内容。
}

Java 19的新特性

功能提案

将instanceOf的模式匹配应用于记录模式

外部函数与内存API

虚拟线程

结构化并发

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将`instanceOf`的模式匹配应用于记录模式