ArchGrid - 架构知识网格 - Java 21的新特性

Java 21是继Java 17之后的一个长期支持版本（LTS），也是一个里程碑版本，其中稳定提供了很多功能。Java 21引入了15个新特性，但是这些新特性大多都是在之前的版本中进行了孵化和预览的，这里拣选这些特性中比较重要且可能比较常用的功能来记录。

Java 21于2023年9月19日发布，推荐在生产环境中采用。

截止到Java 21的发布，现在Java有8、11、17、21四个LTS版本同时共存了。

本系列的文章有：

功能提案

在Java 21中主要增加了以下提案中的功能。

这些提案里的大部分内容都已经在前面几个版本中出现过了，这里只拣选一些稳定下来的和新出现的特性予以记录。

字符串模板

在其他的很多语言中，字符串模板并不是一个新鲜的功能，例如Python中的f字符串，Javascript中的反引号字符串，都可以提供更加简单的把变量内容拼接到字符串中的能力。但是在Java中，长久以来把变量内容放入字符串中，往往依靠字符串拼接和StringBuilder等功能。而且不同的字符串拼接方法的效率也不同，也成为了各类面试题中的常客。

在Java中，将变量内容放入一个字符串，通常会使用以下几种方法。

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// 字符串拼接
var message = "Hello " + name + ".";

// 字符串的格式化方法
var message = String.format("Hello %s.", name);

// MessageFormat
var message = new MessageFormat("Hello {0}.").format(name);

// StringBuilder
var message = new StringBuilder().append("Hello ").append(name).append(".").toString();

以上这几种方法基本上都有同样的缺点：冗长且复杂。所以引入字符串模板也是解决这个问题的最好的方案。

出于不同的处理目的，Java引入了三种模板处理器：

STR可以自动执行字符串插值，会自动将模板中每个嵌入表达式的值转换成字符串。
FMT与STR类似但是提供了格式说明符，允许用来控制嵌入表达式的输出格式。
RAW会返回一个StringTemplate对象，用于进行后续的其他处理。

在字符串模板中Java使用\{expression}作为嵌入表达式来嵌入一个动态的内容。例如上面的实例如果使用字符串模板实现就会是以下形式。

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// 使用STR处理器
var message = STR."Hello \{name}.";

// 使用FMT处理器增加格式
var message = FMT."Hello %-7s\{name}.";

// 使用RAW处理器
StringTemplate messageTempplate = RAW."Hello \{name}.";
var message = STR.process(messageTemplate);

除了默认的三种字符串模板处理器以外，Java还提供了StringTemplate.Processor接口来允许使用者重建自定义的模板处理器。

有序集合

Java 21引入了一个继承自Collection<T>接口的新集合类型SequencedCollection<T>，用来保证其中的元素顺序。有序集合无论遍历多少次，都可以保证元素的出现顺序。目前有序集合包含了三个接口：SequencedCollection<T>、SequencedSet<T>和SequencedMap<T>。

现在List<T>和Deque<T>都已经默认实现了SequencedCollection<T>接口。

有序集合除了提供在集合两端访问的方法以外，还提供了获取集合反向视图的方法。

记录模式与模式匹配

在Java 14中引入的模式匹配switch表达式和在Java 19中引入的记录模式匹配在Java 21中已经成为了稳定特性。其相关资料可以参考之前的文章。

未命名模式和变量

未命名模式和变量是Java 21引入的一项预览功能，它主旨是解决在很多情况下，代码必须创建一个并不需要使用的变量的问题。例如在以下实例中。

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try (var context = ScopedContext.acquire()) {
  // 这里实际上并不需要使用获取到的上下文context
}

try {
} catch (Exception e) {
  // 这里实际上并不需要使用变量e
}

// 以下switch的模式匹配中定义的变量实际上全都未被使用
switch (box) {
  case Box(Red redBall), Box(Yellow yellowBall) -> processWarmColorBox(b);
  case Box(Blue blueBall), Box(Green greenBall) -> processColdColorBox(b);
  default -> pickAnotherBox();
}

未命名模式和变量就是借鉴了其他语言中的_作为占位符来代替这些不需要使用的内容，这样就可以清晰的标注那些不需要使用的内容了。例如上面的实例就会变成以下更加简洁的形式。

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try (var _ = ScopedContext.acquire()) {
  // ...
}

try {
} catch (Exception _) {
  // ...
}

// switch模式中直接判断内容类型即可。
switch (box) {
  case Box(Red _), Box(Yellow _) -> processWarmColorBox(b);
  case Box(Blue _), Box(Green _) -> processColdColorBox(b);
  case Box(_) -> pickAnotherBox();

虚拟线程

虚拟线程在Java 19中首次提出以来，现在在Java 21中已经成功稳定了下来。虚拟线程的使用方法不难，而且虚拟线程的控制与传统线程无异，可参考目前已有的资料快速上手。

未命名类和实例main方法

在传统Java程序中，定义一个main方法需要以下形式。

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public class HelloWorld {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Hello World");
  }
}

这种写法非常的繁琐，并且携带了很多无意义的内容，比如定义了一个并没有什么用途的HelloWorld类。

在Java 21引入实例main方法这个预览特性以后，main方法的定义可以被精简成以下形式。

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class HelloWorld {
  void main() {
    System.out.println("Hello World");
  }
}

在使用未命名类的预览特性时，可以更加精简的省略类名的定义。

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void main() {
  System.out.println("Hello World");
}

Java 21的新特性