简介

   在Java开发中，Java 8曾经是无可争议的主流，凭借其稳定性和广泛的社区支持，陪伴了无数开发者走过多年辉煌时刻。然而，随着时间的推移，技术不断革新，企业和开发者们逐渐把目光投向了更新的LTS（Long-Term Support ）版本：Java 11、Java 17、以及最新的Java 21。首先我们来看一下各个LTS版本的支持时间表：

   上图所示，虽然Java 8的官方支持将持续到2030年，但从目前的使用情况来看，Java 8在实际开发中的地位已逐年下降。根据New Relic在最近发布的《2024 年 Java 生态系统状况报告》，Java 8的市场占有率自2020年以来已经从80%以上急剧下降至不到30%，而Java 17则迅速上升，成为新主流版本：

   我们可以明显看出，Java 17不仅在市场占有率上已经超过Java 8，而且随着时间的推移，这一趋势会愈发明显。如果你还抱着“新版仍你发，我用Java 8”的想法，那么我再说一个恶耗：Spring Framework 6.0和Spring Boot 3.0新版最低支持Java 17。也就是说，许多主流框架已经不再为Java 8提供支持。继续使用Java 8不仅意味着你将面临开发环境的兼容性问题，还会带来以下诸多隐患：
​1. 性能劣势
   新版本Java在性能、垃圾回收机制、内存管理等多个方面都有显著的改进，旧版本在效率上逐渐落后。
​2. 语言新特性缺失
   Java 11引入了模块化、局部变量类型推断（var），Java 17带来了sealed类、switch模式匹配等特性，而Java 21更是进一步增强了语言的表达能力。坚持使用Java 8意味着你将错过这些让开发更简洁、代码更易维护的现代化工具。
​3. 安全性与维护
   随着技术的演进，旧版本不再收到安全更新和漏洞修复，意味着持续使用Java 8的项目将面临更多的安全风险。
​4. 生态系统支持减少
   随着越来越多的框架和库开始对Java 17及更高版本进行优化与支持，Java 8的用户将发现自己处于不被主流技术栈支持的边缘地带。
   总而言之，尽管Java 8曾是无数开发者的心头好，但时代已经改变，继续坚持使用它不仅可能阻碍你项目的现代化进程，还会带来性能瓶颈、安全风险、以及与主流框架的不兼容。拥抱Java 17、Java 21等新版本，不仅能让你在开发中得心应手，更能确保你的项目站在技术的最前沿，享受更多现代化工具的便利与效率。下面会按版本时间线，给各位分享新特性。

主要特性

Java 9 (2017 年 9 月发布)
​ 1. 模块化系统 (Project Jigsaw): 引入模块系统（module），允许开发者更好地组织代码，并提供更强的封装和依赖控制。
​ 2. JShell: 一个交互式的命令行工具，允许开发者快速测试和执行 Java 代码，其它语言也有，开发不太用的到。
​ 3. 多版本兼容 JAR 文件: 允许在一个 JAR 文件中包含多个版本的类，以支持不同的 Java 版本。
​ 4. 新集合工厂方法: List.of(), Set.of(), Map.of() 等快速创建不可变集合的方法。
​ 5. 改进的流 API: 新增了takeWhile(), dropWhile(), 和 iterate() 方法。

Java 10 (2018 年 3 月发布)
​ 1. 局部变量类型推断 (var): 引入了 var 关键字，用于局部变量的类型推断，简化了代码编写。
​ 2. G1 垃圾回收器改进: G1 成为默认垃圾回收器，并对 Full GC 进行了改进。
​ 3. 应用类数据共享 (AppCDS): 扩展了类数据共享（CDS）功能，提高应用程序启动时间。
​ 4. Parallel Full GC for G1: 引入并行 Full GC 以提高性能。

Java 11 (2018 年 9 月发布)
​ 1. 长期支持 (LTS) 版本: Java 11 是一个长期支持版本。
​ 2. HTTP Client API: 新的标准 HTTP 客户端 API（从 Java 9 中孵化出来的特性）。
​ 3. 运行 Java 文件: 允许直接使用 java 命令运行 Java 源代码文件，而不需要先编译。
​ 4. 弃用和移除: 移除了 Java EE 和 CORBA 模块。
​ 5. 字符串方法改进: 新增方法如 isBlank(), lines(), strip(), repeat() 等。

Java 12 (2019 年 3 月发布)
​ 1. Switch 表达式（预览特性）: switch 可以作为表达式使用，支持 lambda 风格的 case 标签。
​ 2. JVM 常量 API: 提供一个 API 用于处理 JVM 常量池中的常量。
​ 3. G1 垃圾回收器改进: 引入一个可中断的 Full GC。

Java 13 (2019 年 9 月发布)
​ 1. 文本块（预览特性）: 多行字符串字面量，使用 “”" 包围。
​ 2. Switch 表达式增强（预览特性）: 进一步增强 switch 表达式，支持 yield 关键字。

Java 14 (2020 年 3 月发布)
​ 1. Switch 表达式正式特性: switch 表达式从预览状态成为正式语言特性。
​ 2. 记录（Record）（预览特性）: 一种紧凑的类声明方式，自动生成常用方法如 equals(), hashCode(), 和 toString()。
​ 3. 空指针异常消息: 改进了空指针异常的消息，提供更详细的调试信息。
​ 4. 模式匹配 for instanceof （预览特性） : 简化了类型检查和转换。

Java 15 (2020 年 9 月发布)
​ 1. 文本块正式特性: 文本块从预览特性转为正式特性。
​ 2. 隐藏类: 提供了一个 API 用于定义和操作隐藏类，这些类在运行时生成并且不会暴露给应用程序。
​ 3. ZGC 改进: Z 垃圾回收器退出实验状态，变得更加成熟和稳定。
​ 4. Sealed Classes（预览特性）: 引入了密封类，可以限制哪些类可以继承或实现某个类或接口。

Java 16 (2021 年 3 月发布)
​ 1. Records 正式特性: Record 类从预览特性转为正式特性。
​ 2. Pattern Matching for instanceof 正式特性: 模式匹配从预览特性转为正式特性。
​ 3. Vector API（孵化器）: 提供了一种矢量化操作的 API，可以在 JVM 上高效执行 SIMD 运算。
​ 4. 迁移到 ZGC: 将 ZGC 引入到 macOS 和 Windows 平台。

Java 17 (2021 年 9 月发布)
​ 1. 长期支持 (LTS) 版本: Java 17 是一个长期支持版本。
​ 2. Sealed Classes 正式特性: 密封类从预览特性转为正式特性。
​ 3. 移除和弃用: 移除了 Applets 和一些过时的 API。
​ 4. 新加密算法: 引入了新的一些加密算法如 EdDSA。
5. 增强的伪随机数生成器: 提供新的随机数生成器接口和实现。

Java 18 (2022年3月)
​ 1. UTF-8 默认字符集: java标准库默认字符集改为UTF-8，提升国际化应用的一致性。
​ 2. 简单Web服务器: 引入了一个简单的Web服务器，便于轻量级开发和测试。

Java 19 (2022年9月)
​ 1. 虚拟线程（Project Loom，预览功能）: 引入虚拟线程，大幅简化高并发编程模型。
​ 2. 记录模式匹配（预览功能）: 记录模式的匹配进一步改进，以支持更多的解构和匹配操作。

Java 20 (2023年3月)
​ 1. 更多的模式匹配和Switch表达式改进: 持续增强和完善模式匹配功能，简化代码结构。
​ 2. 外部函数和内存API: 提供更直接的非Java代码调用和内存管理方式。

Java 21 (2023年9月)
​ 1. 虚拟线程（正式功能）: 虚拟线程从预览状态正式发布，显著简化并发编程，优化资源使用。
​ 2. 模式匹配: 更加全面的模式匹配功能，包括针对记录、集合、数组等的匹配。
​ 3. 增强的序列化: 提供更灵活的序列化机制，增强安全性和性能。

   从 Java 8 到 Java 21，Java 引入了许多新特性和改进，包括模块化系统、类型推断、文本块、记录、密封类、模式匹配、垃圾回收器改进、虚拟线程、记录模式匹配、增强的序列化等。每个版本都在增强开发体验、提高性能和安全性方面进行了优化。

重要特性详解

模块化系统 (Project Jigsaw)

   模块化系统是Java 9引入的一项重大更新，也是Java平台自诞生以来最深远的变革之一。这一系统的核心目标是解决Java在大规模应用中常见的依赖管理混乱、类库冲突和封装不完善等问题。Java 9的模块化系统通过module-info.java文件定义模块，明确模块的依赖关系和公开的接口。以下是模块化系统的几个核心概念：
​ 1. 模块：模块是对类、接口、包、资源等的组织单元。每个模块可以导出部分包供其他模块使用，同时可以声明自己依赖哪些模块。模块使用module-info.java文件来定义。
​ 2. 模块描述符：模块描述符就是module-info.java文件，用来声明一个模块的信息，类似于Java类中的package。它规定了模块的依赖、导出的包，以及服务的使用和提供情况。基本结构如下：

module 模块名 {
    requires 依赖的模块名;
    exports 导出的包名;
    provides 接口名 with 实现类;
    uses 接口名;
}

3.模块路径（Module Path）：模块路径类似于类路径（ClassPath），它是Java运行时寻找模块的地方。通过模块路径，Java运行时可以找到模块并解析其依赖关系。
定义模块：在Java 9中，每个模块必须有一个module-info.java文件，用来声明模块的依赖、导出的包等信息。我们来看一个简单的模块定义：module-info.java 文件：

module com.example.moduleA {
    requires java.sql;      // 依赖其他模块
    exports com.example.utils; // 导出指定的包供其他模块使用
}

解释：关键词解释如下
​ • module com.example.moduleA：声明模块名为com.example.moduleA。
​ • requires java.sql：表明当前模块依赖于java.sql模块。
​ • exports com.example.utils：表示当前模块导出com.example.utils包，供其他模块访问。

提供服务：在服务提供模块中，使用provides声明：

module com.example.serviceProvider {
    provides com.example.ServiceInterface with com.example.ServiceImpl;
}

   表示com.example.ServiceImpl是com.example.ServiceInterface接口的实现类。
使用服务：在服务使用模块中，使用uses声明：

module com.example.serviceConsumer {
    uses com.example.ServiceInterface;
}

   这表示serviceConsumer模块将查找所有提供ServiceInterface实现的模块。
模块化系统的优势
1.更好的封装：模块系统允许我们将模块内部的实现细节完全隐藏起来，只暴露必要的API给外界使用。这样可以避免外部代码意外地依赖内部实现，增加代码的可维护性。
2.精确的依赖管理：通过模块化系统，开发者可以显式声明模块之间的依赖关系，避免了JAR包之间复杂的依赖关系和冲突。同时，编译器在编译时就能检查出依赖关系问题，减少运行时错误。
3.减少Java平台的体积：由于Java 9将JDK本身也模块化了，开发者可以在打包应用时仅包含需要的模块，减少应用程序的体积。例如，一个不需要java.desktop模块的服务器应用可以不再打包这部分冗余代码。
4.更强的安全性：模块系统引入了更细粒度的控制，使得应用程序可以更加严格地控制对外暴露的API，从而减少安全漏洞的可能性。

多版本兼容 JAR 文件

   支持在一个 JAR 文件中包含多个版本的类，以便可以针对不同的 Java 运行环境进行优化。这种多版本 JAR 通过在META-INF/versions目录下包含不同版本的类来实现。这对于库开发者非常有用，可以为不同版本的 Java 提供优化后的实现。
   例如，可以在META-INF/versions/9目录下提供特定于Java 9的类实现，其他版本的 Java 仍然可以使用默认实现。

新集合工厂方法、改进的流 API

   引入了方便的工厂方法来创建不可变集合，比如List.of(), Set.of() 和 Map.of()，使得开发者不再需要使用传统的集合初始化方式。

// 创建不可变 List
List<String> list = List.of("Java", "Python", "JavaScript");
        
// 创建不可变 Set
Set<String> set = Set.of("Apple", "Banana", "Orange");

// 创建不可变 Map
Map<String, Integer> map = Map.of(
   "One", 1,
   "Two", 2,
   "Three", 3
);

   Java 9 对stream进行了增强，添加了takeWhile()、dropWhile()和iterate()等方法，进一步扩展了流操作的灵活性。
​ • takeWhile()：根据给定的条件，从流的开始获取满足条件的元素，直到条件不再成立为止。
​ • dropWhile()：与takeWhile()相反，丢弃从流的开始到不满足条件为止的元素，之后保留其余元素。
​ • iterate()：用来生成无限流，可以接收条件来生成有限流。

List<Integer> numbers = List.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
// takeWhile 示例：获取小于5的元素
numbers.stream()
       .takeWhile(n -> n < 5)
       .forEach(System.out::println); // 输出：1, 2, 3, 4

// dropWhile 示例：丢弃小于5的元素，保留其余部分
numbers.stream()
       .dropWhile(n -> n < 5)
       .forEach(System.out::println); // 输出：5, 6, 7, 8, 9, 10

// iterate 示例：生成 0 到 9 的数字
Stream.iterate(0, n -> n < 10, n -> n + 1)
			.forEach(System.out::println); // 输出：0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

局部变量类型推断 (var)

   var关键字简化了局部变量的声明，使代码更加简洁和可读。开发者不再需要显式地声明局部变量的类型，编译器会根据变量的初始值自动推断类型。

var message = "Hello, Java 10!";  // 编译器推断出 message 是 String 类型
var count = 42;                   // 推断为 int 类型
var list = List.of(1, 2, 3);      // 推断为 List<Integer>

   尽管使用了var，变量仍然是强类型的，类型推断的结果会在编译时确定，之后不能更改。换句话说，var只是简化了类型的显式声明，类型本身仍然是确定且不可改变的。
   注：虽然var在简化代码上提供了诸多便利，但使用时仍然有一些限制：只能用于局部变量、必须有初始值、不能用于null初始化、可读性变弱等问题。

HTTP Client API

   Java 11引入了全新的 HTTP Client API，这是Java 9中的孵化特性，经过优化后成为标准API。新的HTTP客户端取代了旧的HttpURLConnection，提供了更简洁、更高效的HTTP通信方式，支持异步非阻塞操作、HTTP/2 和 WebSocket。

​ • 同步和异步请求：新API可以发送同步请求，也可以使用CompletableFuture进行异步请求。

​ • HTTP/2 支持：相比于之前版本，新的客户端原生支持HTTP/2协议，大幅提高了网络请求的性能。

​ • WebSocket 支持：允许Java应用程序进行WebSocket通信，方便与实时应用程序交互。

public class HttpClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    
        HttpClient client = HttpClient.newBuilder()
                .connectTimeout(Duration.ofSeconds(10))
                .build();

        HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
                .uri(URI.create("https://jsonplaceholder.typicode.com/posts"))
                .GET()
                .build();

        // 异步请求
        client.sendAsync(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString())
                .thenApply(HttpResponse::body)
                .thenAccept(System.out::println)
                .join();
    }
}

Java运行程序

   Java 11允许开发者直接运行 .java 源文件，而不需要手动编译成字节码。这对于简单的脚本、工具和测试场景极为方便，减少了编译的步骤。

以前：
javac HelloWorld.java
java HelloWorld

现在：
java HelloWorld.java

字符串方法改进

   Java 11新增了一系列有用的字符串操作方法，使字符串处理更加高效和简洁：

​ 1. isBlank()：判断字符串是否为空或者仅包含空白字符。

String str = "  ";
System.out.println(str.isBlank());  // 输出: true

2. lines()：将字符串按行拆分为Stream，方便进行流式处理。

String text = "Hello\nJava 11\nNew Features";
text.lines().forEach(System.out::println);
// 输出：
// Hello
// Java 11
// New Features

3. strip()：去除字符串首尾的空白字符，比trim()更智能，支持Unicode空白字符。

String str = "  Hello  ";
System.out.println(str.strip());  // 输出: "Hello"

4. repeat(int count)：将字符串重复指定次数，生成新的字符串。

String str = "Java";
System.out.println(str.repeat(3));  // 输出: JavaJavaJava

文本块

   Java 13引入了文本块这一新特性，允许使用三重引号 (“”") 来定义多行字符串。文本块为处理多行字符串提供了简洁的语法，特别适用于嵌入JSON、HTML、SQL等多行文本，减少了转义字符的使用，并增强了代码的可读性。
主要特性：

​ • 使用"""包围多行字符串。

​ • 自动保持换行，减少对转义字符的依赖。

​ • 通过控制缩进，使代码更加整齐。

String json = """
    {
        "name": "Java",
        "version": 13,
        "features": ["Text Blocks", "Switch Expressions"]
    }
    """;

System.out.println(json);

Switch 表达式增强

   Java 13进一步增强了在Java 12中引入的Switch表达式。此版本的Switch表达式不仅可以作为语句，也可以作为表达式返回值。此外，Java 13引入了yield关键字，用于从switch表达式中返回值，而不再依赖break。
主要增强：

​ • switch可以作为一个表达式使用，并直接返回值。

​ • yield关键字用于返回值，替代以往的break。

​ • 支持箭头 (->)符号，更加简洁。

public class SwitchDemo {
    public static void main(String[] args) {
    
        var day = "MONDAY";
        
        // 使用 Switch 表达式
        String result = switch (day) {
            case "MONDAY", "FRIDAY", "SUNDAY" -> "Weekday";
            case "TUESDAY" -> {
                // 使用 yield 返回值
                yield "Office Day";
            }
            default -> "Invalid day";
        };

        System.out.println(result);  // 输出: Weekday
    }
}

记录（Record）

   Record 是Java 14引入的一种新的类声明方式，专为不可变的数据载体设计。它允许开发者以极为简洁的方式定义类，自动生成常用的equals()、hashCode()、toString()、访问器等方法。这种紧凑的声明使代码更加简洁，减少了样板代码，尤其适用于数据传输对象（DTO）等场景。
主要特点：

​ • 简化代码：开发者无需手动编写getter、toString()等方法，减少重复代码。

​ • 不可变性：Record中的字段是不可变的，保证了数据的安全性。

​ • 适用于数据传输：特别适合用于DTO或简单的值对象（Value Object）。

public record Person(String name, int age) {}
public class RecordDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("Alice", 30);
        System.out.println(person.name());   // 输出: Alice
        System.out.println(person.age());    // 输出: 30
        System.out.println(person);          // 输出: Person[name=Alice, age=30]
    }
}

空指针异常消息

   Java 14对空指针异常（NullPointerException，简称NPE）进行了改进。现在，当发生NPE时，异常消息会提供更详细的调试信息，指明具体哪个对象或表达式为null。这使得调试NPE更加直观，减少了寻找问题根源的时间。
改进前：
​ • 之前的NPE消息仅仅提示null出现在何处，具体哪个表达式为null，开发者需要自行查找。
改进后：
​ • 新的NPE消息将提供更详细的信息，显示具体哪个变量或表达式导致了null。

// 代码
public class NullPointerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String str = null;
        System.out.println(str.length());  // 将触发新的 NPE 消息
    }
}
// 报错
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "str" is null

模式匹配 for instanceof

   Java 14引入了 模式匹配 for instanceof，简化了类型检查和类型转换。在此之前，instanceof只能检查类型，开发者还需要手动进行强制类型转换。而新的模式匹配允许在类型检查的同时直接进行类型转换，减少了样板代码。
改进前：

if (obj instanceof String) {
    String s = (String) obj;
    System.out.println(s.length());
}

改进后：

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

模式匹配的优势：
​ • 代码简化：类型检查与转换合为一体，避免了冗余的类型转换语句。
​ • 提高可读性：代码更加简洁，减少不必要的样板代码，提升了代码的可读性和可维护性。

Sealed Classes 密封类

   Java 15 引入了 密封类（Sealed Classes） 作为一种新的类继承控制机制，它允许开发者明确地限制哪些类可以继承或实现某个类或接口。这一特性为Java的类层次结构引入了更多的灵活性，同时提供了更强的安全性和可预测性。密封类能够帮助开发者设计更精确的API，确保只有经过许可的子类或实现类能够扩展基类或接口。
密封类的关键点：
​ • 使用sealed关键字声明一个密封类或接口。
​ • 通过permits关键字，明确列出允许继承该类的子类。
​ • 子类必须是 final（不可扩展的）、non-sealed（取消限制，允许继续继承）、或者sealed（继续限制扩展）的类型。
密封类的优势：
​ • 控制继承：开发者可以明确指定哪些类可以继承某个密封类，防止滥用继承。
​ • 提高安全性：避免意外的扩展或实现，特别是在API设计中，增强了代码的健壮性和可预测性。
​ • 类型检查更强大：编译器可以进行更严格的类型检查，确保所有可能的子类都得到处理。

// 密封类 Shape
public sealed class Shape permits Circle, Rectangle {}

// 允许继承 Shape 的类
public final class Circle extends Shape {}

// 允许继承 Shape 的类
public final class Rectangle extends Shape {}

   在这个例子中，Shape 是一个密封类，它只允许 Circle 和 Rectangle 这两个类继承它，其他任何类都不能继承 Shape，从而严格控制了类层次结构。
子类扩展选项：

1. final：类无法被进一步继承。
2. sealed：子类继续限制继承，并明确列出允许继承的类。
3. non-sealed：取消继承限制，允许该类被任何其他类继承。
   示例代码：非密封子类

public non-sealed class Triangle extends Shape {
    // 该类允许继续被其他类继承
}

   密封类提供了更多的设计灵活性，同时让继承关系更加明确，帮助开发者避免不必要的复杂性和维护难题。

虚拟线程

   虚拟线程 这一特性旨在大幅简化高并发编程的模型。虚拟线程是轻量级的线程，它们是与操作系统线程分离的，能够以极低的成本创建和管理。这意味着在应用程序中可以轻松创建数以百万计的线程，而不会面临传统线程的性能瓶颈。
主要特点：
​ • 轻量级：虚拟线程的开销远小于传统线程，因为它们不直接依赖操作系统的线程。
​ • 高并发支持：虚拟线程允许开发者轻松编写并发程序而不需要复杂的线程池管理。
​ • 阻塞操作不会占用底层资源：虚拟线程可以处理阻塞的 I/O 操作，允许更自然的编程模型，同时不影响系统性能。
示例代码：

public class VirtualThreadDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread.startVirtualThread(() -> {
            System.out.println("Hello from a virtual thread");
        }).join();
    }
}

   在这个例子中，我们使用了 Thread.startVirtualThread() 来创建一个虚拟线程，它执行与普通线程相同的代码逻辑，但创建和调度的成本更低。
虚拟线程的优势：
​ • 可扩展性：虚拟线程可以在大规模并发场景中表现优异，特别是 I/O 密集型应用。
​ • 简化代码：开发者不再需要频繁使用复杂的线程池配置或手动管理线程池。