技术小册

主题

Java 新特性 8–21 ​

一句话：Java 8 到 21 的主线不是「语法变多」，而是把类型安全、不可变数据和并发模型逐步做进语言；真正能进生产的特性集中在 LTS 版本，预览特性不能当成稳定 API。

适用 JDK 8–21，重点标注 JDK 17 / JDK 21。预览特性以 --enable-preview 为准，不能用于生产。

为什么需要 ​

Java 的历史包袱是冗长和保守：数据类要写 getter/setter/equals/hashCode，类型分支要强转，继承层次无法封闭，IO 密集并发只能靠线程池。每代 JDK 都在解决其中一个具体痛点，而不是为了新而新。

判断一个特性是否值得关注，看三点：是否减少一类重复代码，是否把运行期错误提前到编译期，是否改变并发/内存模型。只增加语法糖的特性，优先级可以放低。

核心机制 ​

按版本看真正影响生产的特性 ​

版本特性生产影响
8Lambda、Stream、Optional、默认方法、CompletableFuture、java.time函数式集合处理、异步编排、时间 API 的基础；Optional 是返回类型，不是字段万能药
9模块系统 JPMS、List.of 等工厂、G1 成为默认 GC、接口私有方法、HTTP/2 Client（孵化）模块化对库作者影响大；G1 默认改变 GC 行为；集合工厂返回不可变集合
10var 局部变量类型推断、容器感知只减少局部变量样板；不是动态类型，不能用于字段/方法参数
11HTTP Client 转正、ZGC 实验、Epsilon GC、String 新方法、单文件源码启动标准 HTTP/2 客户端；ZGC 适合低延迟试验，JDK 15 才转正
12switch 表达式（预览）、Shenandoah（实验）、G1 归还空闲内存switch 可返回值，减少 fall-through；Shenandoah 依赖发行版
13文本块（预览）、switch 表达式第二版、动态 CDS多行 SQL/JSON 可读性提升，JDK 15 转正
14records（预览）、instanceof 模式匹配（预览）、switch 表达式转正、友好 NPE、CMS 移除switch 表达式可用于生产；CMS 退出历史舞台
15文本块转正、sealed（预览）、隐藏类、ZGC 转正、Nashorn 移除文本块和 ZGC 可用；sealed 为代数数据类型铺路
16records 转正、instanceof 模式匹配转正、sealed 第二版、Stream.toList()、强封装默认开启record 可进生产；JDK 内部 API 反射开始被强封装
17sealed 转正、switch 模式匹配（预览）、恢复严格浮点、Security Manager 弃用、FFM API（孵化）LTS；sealed 可表达封闭继承；Security Manager 进入退场流程
18UTF-8 成为默认字符集、简易 Web 服务器、finalization 弃用、Javadoc 代码片段文件/网络读写不再依赖平台默认编码；旧代码要显式指定字符集
19虚拟线程（预览）、结构化并发（孵化）、record 模式（预览）、switch 模式第三版虚拟线程开始可用但仍是预览；不要在生产依赖预览 API
20虚拟线程第二版、作用域值（孵化）、record 模式第二版、switch 模式第四版继续打磨；API 仍可能变
21虚拟线程转正、record 模式转正、switch 模式匹配转正、分代 ZGC、顺序集合、FFM API 转正、字符串模板（预览）LTS；虚拟线程和模式匹配可进生产；字符串模板仍是预览

几个容易记错的归属：

  • records 在 14 预览、16 转正，不是 8。
  • sealed 在 15 预览、17 转正，不是 11。
  • 虚拟线程在 19/20 预览、21 转正，不是 17。
  • switch 模式匹配在 17/18/19/20 预览、21 转正。
  • 文本块在 13/14 预览、15 转正。

records：数据载体，不是万能 Bean ​

record 自动生成规范构造器、访问器、equals、hashCode、toString，字段隐式 private final。它适合 DTO、事件、查询结果、模式匹配的载体。

它不适合 JPA 实体：JPA 需要无参构造和可变属性，record 没有 setter，字段不可变。也不适合需要继承的模型，record 不能继承其他类。需要校验时在规范构造器里写，例如 if (r < 0) throw new IllegalArgumentException()。

sealed：把继承关进笼子 ​

sealed interface Shape permits Circle, Square 限定只有列出的子类型可以实现。子类型必须是 final、sealed 或 non-sealed。它让编译器知道「所有可能的分支」，switch 才能做穷尽性检查。

代价是扩展性：外部模块不能再新增实现。它适合领域模型、协议消息、表达式树；不适合作为开放给第三方扩展的 SPI 接口。

模式匹配：类型检查、转换、解构合并 ​

instanceof 模式在 16 转正：

java
if (obj instanceof String s && !s.isBlank()) {
    System.out.println(s.length());
}

switch 模式在 21 转正，配合 record 模式可以解构：

java
return switch (shape) {
    case Circle(double r) -> Math.PI * r * r;
    case Square(double s) -> s * s;
};

switch 要求穷尽所有分支；没有覆盖 null 时，传入 null 会抛 NPE，需要显式 case null。预览期的语法可能变化，生产代码要确认所用 JDK 的正式状态。

虚拟线程：改变的是等待成本 ​

平台线程绑定操作系统线程，阻塞一次就占一个 OS 线程。虚拟线程由 JVM 调度，阻塞时把载体线程让出来，所以可以用「一个请求一个虚拟线程」的阻塞写法处理大量 IO。

它不改变 CPU 核数，也不让 CPU 密集任务变快。JDK 21 中 synchronized 阻塞可能 pin 住载体线程，ThreadLocal 的复制成本也仍在；JDK 24+ 的 JEP 491 才处理 synchronized 的 pinning。虚拟线程不要池化，用 Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor() 或 Thread.ofVirtual()。

最小上手 ​

用 JDK 21 编译运行 record、sealed、switch 模式和虚拟线程：

java
import java.util.concurrent.*;

sealed interface Shape permits Circle, Square {}
record Circle(double r) implements Shape {}
record Square(double s) implements Shape {}

public class Modern {
    static double area(Shape shape) {
        return switch (shape) {
            case Circle(double r) -> Math.PI * r * r;
            case Square(double s) -> s * s;
        };
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println(area(new Circle(1)));
        try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
            var future = executor.submit(() ->
                    "virtual=" + Thread.currentThread().isVirtual());
            System.out.println(future.get());
        }
    }
}
bash
javac --release 21 Modern.java && java Modern
# 3.141592653589793
# virtual=true

把 --release 21 改成 17，record 模式会编译失败；这能直观看到版本归属，而不是靠记忆。

生产动作 ​

  • 选 LTS：新项目优先 JDK 17 或 21；非 LTS 只用于验证特性，不承诺长期补丁。
  • 编译目标固定：Maven 用 <release>21</release>，不要只设 source/target；后者不会校验 API 的可用版本。
  • 预览特性隔离：--enable-preview 的类文件必须用同一 JDK 运行，不能进生产；框架和中间件通常不支持预览 API。
  • UTF-8 迁移：JDK 18 起默认字符集是 UTF-8（JEP 400）。读写文件、启动子进程、解析 HTTP 时显式写 StandardCharsets.UTF_8，避免依赖平台默认值。
  • 强封装：JDK 16 起默认强封装，JDK 17 移除 --illegal-access 的宽松模式；反射 JDK 内部 API 要用 --add-opens，并记录原因。
  • 虚拟线程压测：用真实下游延迟压测，观察载体线程数、pin 事件和内存；不要用 CPU 密集任务验证虚拟线程收益。

边界 ​

  • record 不是可变 Bean：需要 setter、无参构造、代理增强的框架（JPA、部分序列化库）要先验证兼容性。
  • sealed 限制扩展：对外开放的插件接口不要 sealed；它适合封闭领域模型。
  • 模式匹配不是运行时反射：它依赖编译期类型信息，泛型擦除后不能匹配 List<String>。
  • 虚拟线程不适合 CPU 密集：它解决的是阻塞等待的成本，不是计算吞吐。
  • 预览特性不是「提前用」：API 可能改名或语义变化，升级 JDK 时编译失败是常态。

讲清楚 ​

Java 8 到 21 的主线是把重复代码和运行期错误逐步收进语言：Lambda/Stream 减少集合样板，record 减少数据类样板，sealed 让继承封闭，模式匹配把类型检查和转换合并，虚拟线程降低阻塞等待的线程成本。

版本归属要记准：record 16 转正、sealed 17 转正、switch 模式 21 转正、虚拟线程 21 转正。生产只选 LTS，预览特性不进生产；record 不适合 JPA 实体，虚拟线程不适合 CPU 密集任务，sealed 不适合开放插件接口。升级前先看字符集、强封装和 GC 默认值的变化。

把一门技术讲透到既懂也会用

技术小册 · 持续更新