Java 15 新特性概述

JDK 15 在 2020 年 9 月 15 号正式发布了！根据发布的规划，这次发布的 JDK 15 将是一个短期的过度版，只会被 Oracle 支持（维护）6 个月，直到明年 3 月的 JDK 16 发布此版本将停止维护。而 Oracle 下一个长期支持版（LTS 版）会在明年的 9 月份候发布（Java 17），LTS 版每 3 年发布一个，上一次长期支持版是 18 年 9 月发布的 JDK 11。@pdai

• Java 15 新特性概述

• 知识体系

• 语言特性增强

• JEP 378: 文本块(Text Blocks)

• 新功能和库的更新

• JEP 339: Edwards-Curve 数字签名算法 (EdDSA)

• JEP 371: 隐藏类 Hidden Classes

• JEP 373: 重新实现 DatagramSocket API

• JVM 优化

• JEP 373: ZGC: 可伸缩低延迟垃圾收集器

• JEP 374: 禁用偏向锁定

• JEP 379: Shenandoah：低暂停时间垃圾收集器(转正)

• 旧功能的删除和弃用

• JEP 372: 移除Nashorn JavaScript引擎

• JEP 381: 移除了 Solaris 和 SPARC 端口。

• JEP 385: 废除 RMI 激活

• 新功能的预览和孵化

• JEP 375: instanceof 自动匹配模式（第二次预览）

• JEP 360: 密封的类和接口（预览）

• JEP 383: 外部存储器访问 API（二次孵化器版）

• JEP 384: Records (二次预览)

• 总结

知识体系

java-15.png

• JEP350: 动态应用程序类-数据共享

• JEP353: Socket API 重构

• JEP351: 增强 ZGC 释放未使用内存

• 新功能预览

• JEP354: Switch 表达式扩展（预览功能）

• [JEP355: 文本块（预览功能）

语言特性增强

JEP 378: 文本块(Text Blocks)

文本块，是一个多行字符串，它可以避免使用大多数转义符号，自动以可预测的方式格式化字符串，并让开发人员在需要时可以控制格式。

Text Blocks首次是在JDK 13中以预览功能出现的，然后在JDK 14中又预览了一次，终于在JDK 15中被确定下来，可放心使用了。

    public static void main(String[] args) {
        String query = """
               SELECT * from USER \
               WHERE `id` = 1 \
               ORDER BY `id`, `name`;\
               """;
        System.out.println(query);
    }

运行程序，输出（可以看到展示为一行了）：

    SELECT * from USER WHERE `id` = 1 ORDER BY `id`, `name`;

Java14中文本块相关介绍

新功能和库的更新

JEP 339: Edwards-Curve 数字签名算法 (EdDSA)

Edwards-Curve 数字签名算法（EdDSA），一种根据 RFC 8032 规范所描述的 Edwards-Curve 数字签名算法（EdDSA）实现加密签名，实现了一种 RFC 8032 标准化方案，但它不能代替 ECDSA。

与 JDK 中的现有签名方案相比，EdDSA 具有更高的安全性和性能，因此备受关注。它已经在OpenSSL和BoringSSL等加密库中得到支持，在区块链领域用的比较多。

EdDSA是一种现代的椭圆曲线方案，具有JDK中现有签名方案的优点。EdDSA将只在SunEC提供商中实现。

    // example: generate a key pair and sign
    KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance("Ed25519");
    KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
    // algorithm is pure Ed25519
    Signature sig = Signature.getInstance("Ed25519");
    sig.initSign(kp.getPrivate());
    sig.update(msg);
    byte[] s = sig.sign();

    // example: use KeyFactory to contruct a public key
    KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("EdDSA");
    boolean xOdd = ...
    BigInteger y = ...
    NamedParameterSpec paramSpec = new NamedParameterSpec("Ed25519");
    EdECPublicKeySpec pubSpec = new EdECPublicKeySpec(paramSpec, new EdPoint(xOdd, y));
    PublicKey pubKey = kf.generatePublic(pubSpec);

JEP 371: 隐藏类 Hidden Classes

隐藏类是为框架（frameworks）所设计的，隐藏类不能直接被其他类的字节码使用，只能在运行时生成类并通过反射间接使用它们。

该提案通过启用标准 API 来定义 无法发现 且 具有有限生命周期 的隐藏类，从而提高 JVM 上所有语言的效率。JDK内部和外部的框架将能够动态生成类，而这些类可以定义隐藏类。通常来说基于JVM的很多语言都有动态生成类的机制，这样可以提高语言的灵活性和效率。

• 隐藏类天生为框架设计的，在运行时生成内部的class。
• 隐藏类只能通过反射访问，不能直接被其他类的字节码访问。
• 隐藏类可以独立于其他类加载、卸载，这可以减少框架的内存占用。

Hidden Classes是什么呢？

Hidden Classes就是不能直接被其他class的二进制代码使用的class。Hidden Classes主要被一些框架用来生成运行时类，但是这些类不是被用来直接使用的，而是通过反射机制来调用。

比如在JDK8中引入的lambda表达式，JVM并不会在编译的时候将lambda表达式转换成为专门的类，而是在运行时将相应的字节码动态生成相应的类对象。

另外使用动态代理也可以为某些类生成新的动态类。

那么我们希望这些动态生成的类需要具有什么特性呢？

• 不可发现性。 因为我们是为某些静态的类动态生成的动态类，所以我们希望把这个动态生成的类看做是静态类的一部分。所以我们不希望除了该静态类之外的其他机制发现。
• 访问控制。 我们希望在访问控制静态类的同时，也能控制到动态生成的类。
• 生命周期。 动态生成类的生命周期一般都比较短，我们并不需要将其保存和静态类的生命周期一致。

API的支持

所以我们需要一些API来定义无法发现的且具有有限生命周期的隐藏类。这将提高所有基于JVM的语言实现的效率。

比如：

    java.lang.reflect.Proxy // 可以定义隐藏类作为实现代理接口的代理类。 
    java.lang.invoke.StringConcatFactory // 可以生成隐藏类来保存常量连接方法； 
    java.lang.invoke.LambdaMetaFactory //可以生成隐藏的nestmate类，以容纳访问封闭变量的lambda主体； 

普通类是通过调用ClassLoader::defineClass创建的，而隐藏类是通过调用Lookup::defineHiddenClass创建的。这使JVM从提供的字节中派生一个隐藏类，链接该隐藏类，并返回提供对隐藏类的反射访问的查找对象。调用程序可以通过返回的查找对象来获取隐藏类的Class对象。

JEP 373: 重新实现 DatagramSocket API

重新实现了老的 DatagramSocket API 接口，更改了 java.net.DatagramSocket 和 java.net.MulticastSocket 为更加简单、现代化的底层实现，更易于维护和调试。

java-15-1.png

java.net.datagram.Socket和java.net.MulticastSocket的当前实现可以追溯到JDK 1.0，那时IPv6还在开发中。因此，当前的多播套接字实现尝试调和IPv4和IPv6难以维护的方式。

• 通过替换 java.net.datagram 的基础实现，重新实现旧版 DatagramSocket API。
• 更改java.net.DatagramSocket 和 java.net.MulticastSocket 为更加简单、现代化的底层实现。提高了 JDK 的可维护性和稳定性。
• 通过将java.net.datagram.Socket和java.net.MulticastSocket API的底层实现替换为更简单、更现代的实现来重新实现遗留的DatagramSocket API。

新的实现：

• 易于调试和维护;
• 与Project Loom中正在探索的虚拟线程协同。

JVM 优化

JEP 373: ZGC: 可伸缩低延迟垃圾收集器

ZGC是Java 11引入的新的垃圾收集器（JDK9以后默认的垃圾回收器是G1），经过了多个实验阶段，自此终于成为正式特性。ZGC是一个重新设计的并发的垃圾回收器，可以极大的提升GC的性能。支持任意堆大小而保持稳定的低延迟（10ms以内），性能非常可观。目前默认垃圾回收器仍然是 G1，后续很有可以能将ZGC设为默认垃圾回收器。之前需要通过-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC来启用ZGC，现在只需要-XX:+UseZGC就可以。

以下是相关介绍：

ZGC 是一个可伸缩的、低延迟的垃圾收集器，主要为了满足如下目标进行设计：

• GC 停顿时间不超过 10ms
• 即能处理几百 MB 的小堆，也能处理几个 TB 的大堆
• 应用吞吐能力不会下降超过 15%（与 G1 回收算法相比）
• 方便在此基础上引入新的 GC 特性和利用 colord
• 针以及 Load barriers 优化奠定基础
• 当前只支持 Linux/x64 位平台 停顿时间在 10ms 以下，10ms 其实是一个很保守的数据，即便是 10ms 这个数据，也是 GC 调优几乎达不到的极值。根据 SPECjbb 2015 的基准测试，128G 的大堆下最大停顿时间才 1.68ms，远低于 10ms，和 G1 算法相比，改进非常明显。

java-11-1.png

本图片引用自： The Z Garbage Collector – An Introduction

不过目前 ZGC 还处于实验阶段，目前只在 Linux/x64 上可用，如果有足够的需求，将来可能会增加对其他平台的支持。同时作为实验性功能的 ZGC 将不会出现在 JDK 构建中，除非在编译时使用 configure 参数：--with-jvm-features=zgc 显式启用。

在实验阶段，编译完成之后，已经迫不及待的想试试 ZGC，需要配置以下 JVM 参数，才能使用 ZGC，具体启动 ZGC 参数如下：

    -XX：+ UnlockExperimentalVMOptions -XX：+ UseZGC -Xmx10g

其中参数： -Xmx 是 ZGC 收集器中最重要的调优选项，大大解决了程序员在 JVM 参数调优上的困扰。ZGC 是一个并发收集器，必须要设置一个最大堆的大小，应用需要多大的堆，主要有下面几个考量：

• 对象的分配速率，要保证在 GC 的时候，堆中有足够的内存分配新对象。
• 一般来说，给 ZGC 的内存越多越好，但是也不能浪费内存，所以要找到一个平衡。

JEP 374: 禁用偏向锁定

准备禁用和废除偏向锁，在 JDK 15 中，默认情况下禁用偏向锁，并弃用所有相关的命令行选项。

在默认情况下禁用偏向锁定，并弃用所有相关命令行选项。目标是确定是否需要继续支持偏置锁定的 高维护成本 的遗留同步优化， HotSpot虚拟机使用该优化来减少非竞争锁定的开销。 尽管某些Java应用程序在禁用偏向锁后可能会出现性能下降，但偏向锁的性能提高通常不像以前那么明显。

该特性默认禁用了biased locking(-XX:+UseBiasedLocking)，并且废弃了所有相关的命令行选型(BiasedLockingStartupDelay, BiasedLockingBulkRebiasThreshold, BiasedLockingBulkRevokeThreshold, BiasedLockingDecayTime, UseOptoBiasInlining, PrintBiasedLockingStatistics and PrintPreciseBiasedLockingStatistics)

JEP 379: Shenandoah：低暂停时间垃圾收集器(转正)

Shenandoah垃圾回收算法终于从实验特性转变为产品特性，这是一个从 JDK 12 引入的回收算法，该算法通过与正在运行的 Java 线程同时进行疏散工作来减少 GC 暂停时间。Shenandoah 的暂停时间与堆大小无关，无论堆栈是 200 MB 还是 200 GB，都具有相同的一致暂停时间。

Shenandoah适用于高吞吐和大内存场景，不适合高实时性场景。Shenandoah算法设计目标主要是响应性和一致可控的短暂停顿，对于垃圾回收生命周期中安全点停顿（TTSP)和内存增长监控的时间开销并无帮助。

Shenandoah算法为每个Java对象添加了一个间接指针，使得GC线程能够在Java线程运行时压缩堆。标记和压缩是同时执行的，因此我们只需要暂停Java线程在一致可控的时间内扫描线程堆栈以查找和更新对象图的根。

怎么形容Shenandoah和ZGC的关系呢？异同点大概如下：

• 相同点：性能几乎可认为是相同的
• 不同点：ZGC是Oracle JDK的。而Shenandoah只存在于OpenJDK中，因此使用时需注意你的JDK版本
• 打开方式：使用-XX:+UseShenandoahGC命令行参数打开。

Shenandoah在JDK12被作为experimental引入，在JDK15变为Production；之前需要通过-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseShenandoahGC来启用，现在只需要-XX:+UseShenandoahGC即可启用

旧功能的删除和弃用

JEP 372: 移除Nashorn JavaScript引擎

移除了 Nashorn JavaScript 脚本引擎、APIs，以及 jjs 工具。这些早在 JDK 11 中就已经被标记为 deprecated 了，JDK 15 被移除就很正常了。

Nashorn引擎是什么？

Nashorn 是 JDK 1.8 引入的一个 JavaScript 脚本引擎，用来取代 Rhino 脚本引擎。Nashorn 是 ECMAScript-262 5.1 的完整实现，增强了 Java 和 JavaScript 的兼容性，并且大大提升了性能。

为什么要移除？

官方的描述是，随着 ECMAScript 脚本语言的结构、API 的改编速度越来越快，维护 Nashorn 太有挑战性了，所以……。

JEP 381: 移除了 Solaris 和 SPARC 端口。

移除了 Solaris/SPARC、Solaris/x64 和 Linux/SPARC 端口的源代码及构建支持。这些端口在 JDK 14 中就已经被标记为 deprecated 了，JDK 15 被移除也不奇怪。

删除对Solaris/SPARC、Solaris/x64和Linux/SPARC端口的源代码和构建支持，在JDK 14中被标记为废弃，在JDK15版本正式移除。 许多正在开发的项目和功能（如Valhalla、Loom和Panama）需要进行重大更改以适应CPU架构和操作系统特定代码。

近年来，Solaris 和 SPARC 都已被 Linux 操作系统和英特尔处理器取代。放弃对 Solaris 和 SPARC 端口的支持将使 OpenJDK 社区的贡献者能够加速开发新功能，从而推动平台向前发展。

JEP 385: 废除 RMI 激活

RMI Activation被标记为Deprecate,将会在未来的版本中删除。RMI激活机制是RMI中一个过时的部分，自Java 8以来一直是可选的而非必选项。RMI激活机制增加了持续的维护负担。RMI的其他部分暂时不会被弃用。

RMI jdk1.2引入，EJB在RMI系统中，我们使用延迟激活。延迟激活将激活对象推迟到客户第一次使用（即第一次方法调用）之前。 既然RMI Activation这么好用，为什么要废弃呢？

因为对于现代应用程序来说，分布式系统大部分都是基于Web的，web服务器已经解决了穿越防火墙，过滤请求，身份验证和安全性的问题，并且也提供了很多延迟加载的技术。

所以在现代应用程序中，RMI Activation已经很少被使用到了。并且在各种开源的代码库中，也基本上找不到RMI Activation的使用代码了。 为了减少RMI Activation的维护成本，在JDK8中，RMI Activation被置为可选的。现在在JDK15中，终于可以废弃了。

新功能的预览和孵化

JEP 375: instanceof 自动匹配模式（第二次预览）

模式匹配（第二次预览），第一次预览是 JDK 14 中提出来的。

Java 14 之前：

    if (object instanceof Kid) {
        Kid kid = (Kid) object;
        // ...
    } else if (object instanceof Kiddle) {
        Kid kid = (Kid) object;
        // ...
    }

Java 14+：

    if (object instanceof Kid kid) {
        // ...
    } else if (object instanceof Kiddle kiddle) {
        // ...
    }

Java 15 并没有对此特性进行调整，继续预览特性，只是为了收集更多的用户反馈，可能还不成熟吧。

JEP 360: 密封的类和接口（预览）

封闭类（预览特性），可以是封闭类和或者封闭接口，用来增强 Java 编程语言，防止其他类或接口扩展或实现它们。

因为我们引入了sealed class或interfaces，这些class或者interfaces只允许被指定的类或者interface进行扩展和实现。

使用修饰符sealed，您可以将一个类声明为密封类。密封的类使用reserved关键字permits列出可以直接扩展它的类。子类可以是最终的，非密封的或密封的。

之前我们的代码是这样的。

    public class Person { } //人
     
    class Teacher extends Person { }//教师
     
    class Worker extends Person { }  //工人
     
    class Student extends Person{ } //学生

但是我们现在要限制 Person类 只能被这三个类继承，不能被其他类继承，需要这么做。

    // 添加sealed修饰符，permits后面跟上只能被继承的子类名称
    public sealed class Person permits Teacher, Worker, Student{ } //人
     
    // 子类可以被修饰为 final
    final class Teacher extends Person { }//教师
     
    // 子类可以被修饰为 non-sealed，此时 Worker类就成了普通类，谁都可以继承它
    non-sealed class Worker extends Person { }  //工人
    // 任何类都可以继承Worker
    class AnyClass extends Worker{}
     
    //子类可以被修饰为 sealed,同上
    sealed class Student extends Person permits MiddleSchoolStudent,GraduateStudent{ } //学生
     
     
    final class MiddleSchoolStudent extends Student { }  //中学生
     
    final class GraduateStudent extends Student { }  //研究生

很强很实用的一个特性，可以限制类的层次结构。

JEP 383: 外部存储器访问 API（二次孵化器版）

外存访问 API（二次孵化），可以允许 Java 应用程序安全有效地访问 Java 堆之外的外部内存。目的是引入一个 API，以允许 Java 程序安全、有效地访问 Java 堆之外的外部存储器。如本机、持久和托管堆。如下内容来源于https://xie.infoq.cn/article/8304c894c4e38318d38ceb116，作者是九叔

在实际的开发过程中，绝大多数的开发人员基本都不会直接与堆外内存打交道，但这并不代表你从未接触过堆外内存，像大家经常使用的诸如：RocketMQ、MapDB 等中间件产品底层实现都是基于堆外存储的，换句话说，我们几乎每天都在间接与堆外内存打交道。那么究竟为什么需要使用到堆外内存呢？简单来说，主要是出于以下 3 个方面的考虑：

• 减少 GC 次数和降低 Stop-the-world 时间；
• 可以扩展和使用更大的内存空间；
• 可以省去物理内存和堆内存之间的数据复制步骤。

在 Java14 之前，如果开发人员想要操作堆外内存，通常的做法就是使用 ByteBuffer 或者 Unsafe，甚至是 JNI 等方式，但无论使用哪一种方式，均无法同时有效解决安全性和高效性等 2 个问题，并且，堆外内存的释放也是一个令人头痛的问题。以 DirectByteBuffer 为例，该对象仅仅只是一个引用，其背后还关联着一大段堆外内存，由于 DirectByteBuffer 对象实例仍然是存储在堆空间内，只有当 DirectByteBuffer 对象被 GC 回收时，其背后的堆外内存才会被进一步释放。

java-fma-1.png

在此大家需要注意，程序中通过 ByteBuffer.allocateDirect()方法来申请物理内存资源所耗费的成本远远高于直接在 on-heap 中的操作，而且实际开发过程中还需要考虑数据结构如何设计、序列化/反序列化如何支撑等诸多难题，所以与其使用语法层面的 API 倒不如直接使用 MapDB 等开源产品来得更实惠。

如今，在堆外内存领域，我们似乎又多了一个选择，从 Java14 开始，Java 的设计者们在语法层面为大家带来了崭新的 Memory Access API，极大程度上简化了开发难度，并得以有效的解决了安全性和高效性等 2 个核心问题。示例：

    // 获取内存访问var句柄
    var handle = MemoryHandles.varHandle(char.class,
            ByteOrder.nativeOrder());
    // 申请200字节的堆外内存
    try (MemorySegment segment = MemorySegment.allocateNative(200)) {
        for (int i = 0; i < 25; i++) {
            handle.set(segment, i << 2, (char) (i + 1 + 64));
            System.out.println(handle.get(segment, i << 2));
        }
    }

关于堆外内存段的释放，Memory Access API 提供有显式和隐式 2 种方式，开发人员除了可以在程序中通过 MemorySegment 的 close()方法来显式释放所申请的内存资源外，还可以注册 Cleaner 清理器来实现资源的隐式释放，后者会在 GC 确定目标内存段不再可访问时，释放与之关联的堆外内存资源。

JEP 384: Records (二次预览)

Records 最早在 JDK 14 中成为预览特性，JDK 15 继续二次预览。

如下内容来自Java14

Record 类型允许在代码中使用紧凑的语法形式来声明类，而这些类能够作为不可变数据类型的封装持有者。Record 这一特性主要用在特定领域的类上；与枚举类型一样，Record 类型是一种受限形式的类型，主要用于存储、保存数据，并且没有其它额外自定义行为的场景下。

在以往开发过程中，被当作数据载体的类对象，在正确声明定义过程中，通常需要编写大量的无实际业务、重复性质的代码，其中包括：构造函数、属性调用、访问以及 equals() 、hashCode()、toString() 等方法，因此在 Java 14 中引入了 Record 类型，其效果有些类似 Lombok 的 @Data 注解、Kotlin 中的 data class，但是又不尽完全相同，它们的共同点都是类的部分或者全部可以直接在类头中定义、描述，并且这个类只用于存储数据而已。对于 Record 类型，具体可以用下面代码来说明：

    public record Person(String name, int age) {
        public static String address;

        public String getName() {
            return name;
        }
    }

对上述代码进行编译，然后反编译之后可以看到如下结果：

    public final class Person extends java.lang.Record {
        private final java.lang.String name;
        private final java.lang.String age;

        public Person(java.lang.String name, java.lang.String age) { /* compiled code */ }

        public java.lang.String getName() { /* compiled code */ }

        public java.lang.String toString() { /* compiled code */ }

        public final int hashCode() { /* compiled code */ }

        public final boolean equals(java.lang.Object o) { /* compiled code */ }

        public java.lang.String name() { /* compiled code */ }

        public java.lang.String age() { /* compiled code */ }
    }

根据反编译结果，可以得出，当用 Record 来声明一个类时，该类将自动拥有下面特征：

• 拥有一个构造方法
• 获取成员属性值的方法：name()、age()
• hashCode() 方法和 euqals() 方法
• toString() 方法
• 类对象和属性被 final 关键字修饰，不能被继承，类的示例属性也都被 final 修饰，不能再被赋值使用。
• 还可以在 Record 声明的类中定义静态属性、方法和示例方法。注意，不能在 Record 声明的类中定义示例字段，类也不能声明为抽象类等。

可以看到，该预览特性提供了一种更为紧凑的语法来声明类，并且可以大幅减少定义类似数据类型时所需的重复性代码。

另外 Java 14 中为了引入 Record 这种新的类型，在 java.lang.Class 中引入了下面两个新方法：

    RecordComponent[] getRecordComponents()
    boolean isRecord()

其中 getRecordComponents() 方法返回一组 java.lang.reflect.RecordComponent 对象组成的数组，java.lang.reflect.RecordComponent也是一个新引入类，该数组的元素与 Record 类中的组件相对应，其顺序与在记录声明中出现的顺序相同，可以从该数组中的每个 RecordComponent 中提取到组件信息，包括其名称、类型、泛型类型、注释及其访问方法。

而 isRecord() 方法，则返回所在类是否是 Record 类型，如果是，则返回 true。

总结

• OracleJDK 15 下载地址：

https://www.oracle.com/java/technologies/javase-downloads.html

• OpenJDK 15 地址：

https://openjdk.java.net/projects/jdk/15/

• 参考文章

https://openjdk.java.net/projects/jdk/15/

https://www.cnblogs.com/javastack/p/13683220.html

https://blog.csdn.net/cyberherman/article/details/109253931

https://my.oschina.net/u/4262150/blog/4656149