Java21 新特性

Java 21 是继 Java 17 之后的又一个长期支持（LTS）版本，于 2023 年 9 月 19 日发布，相较于 Java 17 引入了许多新特性和改进，涵盖语言特性、性能优化、并发模型、API 增强等方面。以下是对 Java 21 相比 Java 17 的主要新特性的详细总结，重点突出其提升，并尽量简洁：

1. 语言特性改进

虚拟线程（Virtual Threads，JEP 444，Java 21 正式化）
- 项目 Loom 的核心成果，引入轻量级线程，极大降低并发编程的开销，适合高吞吐量应用（如 Web 服务）。
- 与 Java 17 的平台线程相比，虚拟线程无需直接绑定到 OS 线程，创建和管理成本低，可支持百万级并发。
- 示例：
```
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    IntStream.range(0, 10000).forEach(i -> executor.submit(() -> {
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(i);
    }));
}
```
- Java 17 无虚拟线程，依赖传统线程模型，效率较低。

结构化并发（Structured Concurrency，JEP 453，Java 21 预览）

提供一种更简单的并发编程模型，将相关任务视为一个工作单元，简化错误处理和任务取消。

示例：

try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {
    Future<String> task1 = scope.fork(() -> "Result 1");
    Future<String> task2 = scope.fork(() -> "Result 2");
    scope.join().throwIfFailed();
    System.out.println(task1.resultNow() + ", " + task2.resultNow());
}

Java 17 无此功能，需手动管理线程池和错误处理。

记录模式（Record Patterns，JEP 440，Java 21 正式化）
- 扩展模式匹配，允许解构记录类实例，简化复杂数据处理。
- 示例：
```
record Point(int x, int y) {}
if (obj instanceof Point(int x, int y)) {
    System.out.println("Point at: " + x + ", " + y);
}
```
- Java 17 的记录类仅支持基本定义，模式匹配功能较弱。
Switch 模式匹配（Pattern Matching for Switch，JEP 441，Java 21 正式化）
- 增强 switch 语句，支持类型模式和守卫条件，代码更简洁安全。
- 示例：
```
String result = switch (obj) {
    case Integer i when i > 10 -> "Large Integer: " + i;
    case Integer i -> "Small Integer: " + i;
    case String s -> "String: " + s;
    default -> "Unknown";
};
```
- Java 17 的 switch 模式匹配为预览功能，Java 21 正式化并新增守卫模式支持。
字符串模板（String Templates，JEP 430，Java 21 预览）
- 简化字符串插值，支持嵌入表达式，减少拼接错误。
- 示例：
```
String name = "Alice";
String message = STR."Hello, \{name}!";
```
- Java 17 依赖传统的字符串拼接或 String.format，易出错且繁琐。
未命名模式和变量（Unnamed Patterns and Variables，JEP 443，Java 21 预览）
- 允许在模式匹配中使用 _ 表示未使用的变量或模式，提高代码简洁性。
- 示例：
```
if (obj instanceof Point(_, int y)) {
    System.out.println("Y coordinate: " + y);
}
```
- Java 17 无此功能，需显式声明所有变量。

2. API 和标准库增强

序列集合（Sequenced Collections，JEP 431，Java 21）
- 引入 SequencedCollection 接口，支持有序集合操作（如获取首尾元素、反向遍历）。
- 示例：
```
SequencedCollection<String> seq = new ArrayList<>();
seq.addFirst("First");
seq.addLast("Last");
System.out.println(seq.getFirst()); *// First*
```
- Java 17 无此统一接口，需依赖具体集合类实现类似功能。
外部函数和内存 API（Foreign Function & Memory API，JEP 442，Java 21 正式化）
- 提供高效的本地代码交互方式，取代 JNI，性能更高且更安全。
- 示例：
```
try (var arena = Arena.ofConfined()) {
    var segment = arena.allocate(100);
    *// 访问外部内存*}
```
- Java 17 仅提供预览版，Java 21 正式化并优化。
向量 API（Vector API，JEP 448，Java 21 第六次孵化）
- 继续优化，支持高效向量计算（如机器学习任务），但仍为孵化状态。
- Java 17 提供早期孵化版，Java 21 进一步增强性能。

3. 性能和 JVM 优化

分代 ZGC（Generational ZGC，JEP 439，Java 21）
- ZGC 升级为分代垃圾收集器，将堆分为年轻代和老年代，减少扫描频率，提高性能。
- Java 17 的 ZGC 为非分代，暂停时间虽低，但在某些场景下效率不如 Java 21。
键封装机制 API（Key Encapsulation Mechanism API，JEP 452，Java 21）
- 提供标准化的加密密钥封装机制，增强安全性。
- Java 17 无此 API，需依赖第三方库实现类似功能。
性能改进：
- Java 21 优化了 JIT 编译、垃圾回收算法和运行时性能，尤其在云原生和微服务场景下表现更优。
- Java 17 的性能优化较为保守，Java 21 在内存管理和并发性能上更进一步。

4. 弃用和移除

移除过时 API：
- Java 21 移除了一些 Java 17 中标记为弃用的功能，如 ObjectOutputStream.PutField 和 Runtime.runFinalization()，推荐使用现代替代方案（如 try-with-resources）。
- 动态加载代理（Agent）现发出警告，未来可能默认禁用（JEP 451）。
安全管理器完全移除（JEP 411，Java 17 标记弃用，Java 21 移除）：
- Java 21 不再支持安全管理器，推荐使用现代安全机制。
- Java 17 仍支持但已标记为废弃。

5. 迁移和兼容性

向后兼容性：
- Java 21 保持了较高的向后兼容性，迁移自 Java 17 通常较为平滑，但需注意移除的 API 和库兼容性。
挑战：
- 某些依赖反射或内部 API 的库可能需要更新。
- 动态代理加载的警告可能影响某些工具（如 Mockito）。

6. 其他改进

Java Flight Recorder（JFR）增强：
- Java 21 改进了 JFR，新增了更多事件（如加密操作），便于性能监控。
- Java 17 的 JFR 功能较基础。
Unicode 支持：
- Java 21 增强了 Character 类对新 Unicode 标准的支持（如表情符号处理）。

总结

Java 21 相较 Java 17 的最大亮点是 虚拟线程 和 结构化并发，显著提升了并发性能，适合现代高并发应用；记录模式 和 Switch 模式匹配 进一步简化代码；序列集合 和 外部函数和内存 API 增强了标准库和本地交互能力；分代 ZGC 和其他性能优化使 Java 21 在云原生和微服务场景下更高效。Java 21 作为 LTS 版本（支持至 2028 年或更久），是 Java 17 的理想升级目标，尤其适合需要现代化特性和长期支持的项目。