Java 21 LTS 版本特性全景：从 Records 到虚拟线程

Fri, 20 Sep 2024 00:00:00 +0800

Java 21 LTS 版本特性全景：从 Records 到虚拟线程

为什么 LTS 版本对生产至关重要

Java 自 2017 年（Java 9）起改为每 6 个月发版、每 3 年一个 LTS（Long-Term Support）。LTS 版本（8/11/17/21）由 Oracle 提供至少 5 年商业支持，是企业生产环境首选。

版本	发布年月	类型	Oracle 维护截止	关键特性
Java 8	2014-03	LTS	2030-12（延长）	Lambda、Stream、Optional、新 Date API
Java 11	2018-09	LTS	2026-09	HTTP Client、var、ZGC 试验
Java 17	2021-09	LTS	2029-09	Sealed Class、Pattern Matching、Records（正式）
Java 21	2023-09	LTS	2031-09	虚拟线程、序列集合、String Templates（预览）、分代 ZGC
Java 25	2025-09	LTS（下一代）	2033+	待定

本文按版本时序梳理 8 → 21 的核心特性，重点展开 17/21 两个 LTS 的"必须升级"理由。

Java 8（2014-03）：函数式编程革命

Lambda 表达式

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// 旧写法：匿名内部类
Runnable r1 = new Runnable() {
 @Override
 public void run() {
 System.out.println("hello");
 }
};

// 新写法：Lambda
Runnable r2 = () -> System.out.println("hello");

Stream API

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List<String> result = users.stream()
 .filter(u -> u.getAge() >= 18)
 .map(User::getName)
 .sorted()
 .collect(Collectors.toList());

Optional 抗 NPE

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Optional<User> user = userRepo.findById(id);
String name = user.map(User::getName).orElse("anonymous");

新 Date/Time API（`java.time`）

替代 java.util.Date / SimpleDateFormat（线程不安全）。

Java 11（2018-09）：HTTP Client + var

`var` 局部变量类型推断

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var list = new ArrayList<String>(); // 推断为 ArrayList<String>
var stream = list.stream(); // 推断为 Stream<String>

标准 HTTP Client

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HttpClient client = HttpClient.newHttpClient();
HttpRequest req = HttpRequest.newBuilder()
 .uri(URI.create("https://api.example.com/users"))
 .header("Content-Type", "application/json")
 .GET()
 .build();
HttpResponse<String> resp = client.send(req, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());

字符串新方法

isBlank() / strip() / repeat(n) / lines()。

Java 17（2021-09）：Records + Sealed + Pattern Matching

Record（不可变数据载体）

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// 旧写法：30 行 POJO
public class User {
 private final Long id;
 private final String name;
 public User(Long id, String name) { this.id = id; this.name = name; }
 public Long getId() { return id; }
 public String getName() { return name; }
 // equals/hashCode/toString ...
}

// 新写法：1 行
public record User(Long id, String name) {}

Sealed Class（封闭类）

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public sealed interface Shape permits Circle, Rectangle, Triangle {
 double area();
}
public record Circle(double radius) implements Shape {
 public double area() { return Math.PI * radius * radius; }
}

编译器在 switch Pattern Matching 时能做穷尽性检查：

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double total = switch (shape) {
 case Circle c -> c.area();
 case Rectangle r -> r.width() * r.height();
 case Triangle t -> 0.5 * t.base() * t.height();
 // 无需 default，编译器保证穷尽
};

Text Blocks（Java 13 引入、15 正式）

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String html = """
 <html>
 <body>Hello</body>
 </html>
 """;

Pattern Matching for instanceof（Java 16 正式）

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

Java 21（2023-09）：下一代 LTS

Java 21 是 Java 8 以来最值得升级的 LTS。三大核心：虚拟线程、序列集合、分代 ZGC。

1. 虚拟线程（Virtual Threads，JEP 444）

问题：传统平台线程 1:1 映射 OS 线程，1MB 栈空间 × 10000 并发 = 10GB 内存。

方案：虚拟线程由 JVM 调度到少量 OS 线程（M:N），内存占用从 MB 降到 KB，百万级并发成为可能。

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// 创建方式 1：Thread.ofVirtual()
Thread vt = Thread.ofVirtual().name("vt-1").start(() -> {
 System.out.println("running in virtual thread");
});

// 创建方式 2：Thread.startVirtualThread()
Thread.startVirtualThread(() -> callExternalApi());

// 创建方式 3：ExecutorService
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
 IntStream.range(0, 10_000).forEach(i -> {
 executor.submit(() -> {
 Thread.sleep(Duration.ofMillis(100));
 return i;
 });
 });
}

对 Web 框架的影响：

Spring Boot 3.2+ 内置 spring.threads.virtual.enabled=true
Tomcat 默认线程池切换到虚拟线程，10K 并发连接用 1 个平台线程即可
注意：避免在虚拟线程中使用 synchronized（pin 住平台线程），改用 ReentrantLock

2. 序列集合（Sequenced Collections，JEP 431）

新接口统一 List / Deque / SortedSet 的"首尾"操作：

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List<String> list = new ArrayList<>(List.of("a", "b", "c"));

// 旧写法（要记 addFirst 还是 add(0, e)）
list.add(0, "first");
String first = list.get(0);

// 新写法
list.addFirst("first");
String head = list.getFirst();
String tail = list.getLast();
list.removeLast();
List<String> reversed = list.reversed(); // 反转视图

3. Switch 模式匹配（Pattern Matching for switch，JEP 441）

Java 21 正式版，覆盖 Java 17 的类型模式 + 守卫模式：

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// 带 when 守卫
String format(Object obj) {
 return switch (obj) {
 case Integer i when i > 0 -> "正整数: " + i;
 case Integer i -> "非正整数: " + i;
 case Long l -> "Long: " + l;
 case String s -> "字符串: " + s;
 case null -> "null";
 default -> obj.toString();
 };
}

// null 模式（Java 21 新增）
switch (obj) {
 case null -> System.out.println("null safe");
 case String s -> System.out.println("string: " + s);
 default -> System.out.println("other");
}

4. Record Patterns（记录模式，JEP 440）

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record Point(int x, int y) {}
record Segment(Point start, Point end) {}

// 解构
String describe(Object obj) {
 return switch (obj) {
 case Point(int x, int y) -> "点(" + x + ", " + y + ")";
 case Segment(Point s, Point e) -> "线段: " + s + " → " + e;
 default -> "其他";
 };
}

5. 字符串模板（String Templates，JEP 459 预览）

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// 旧写法
String msg = "User " + user.name() + " (id=" + user.id() + ") scored " + score;

// 新写法
String msg = STR."User \{user.name()} (id=\{user.id()}) scored \{score}";

支持自定义模板处理器（STR / FMT / RAW），可用于 SQL 安全拼接、HTML 转义等。

6. 未命名类和实例主方法（JEP 445）

简化 Hello World 写法（被网友调侃"卵用不大"）：

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// Java 8 写法
public class HelloWorld {
 public static void main(String[] args) {
 System.out.println("Hello, World!");
 }
}

// Java 21 写法
void main() {
 System.out.println("Hello, World!");
}

7. 分代 ZGC（Generational ZGC，JEP 439）

问题：传统 ZGC 把年轻代老年代同等对待，浪费性能。

方案：分代 ZGC 区分新生代（短命对象）和老年代（长命对象），新生代用更激进的收集策略。

启用：

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java -XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational MyApp

升级路径建议

从 Java 8 → 17

风险	缓解
Sun 内部 API 移除（`sun.misc.*`）	替换为公共 API 或加 `--add-exports` 临时绕过
Nashorn JavaScript 引擎移除	改用 GraalVM JavaScript
强封装 JDK 内部（`--illegal-access` 默认为 deny）	加 `--add-opens`
CMS 收集器移除	改用 G1（默认）或 ZGC

从 Java 17 → 21

升级成本低（向下兼容），主要工作是开启虚拟线程：

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# application.yml
spring:
 threads:
 virtual:
 enabled: true # Spring Boot 3.2+ 一键开启

然后排查代码中的 synchronized 块（pin 住平台线程），改用 ReentrantLock。

LTS 选择决策树

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项目周期 < 1 年？
├── 是 → 选最新非 LTS（用新特性）
└── 否
 ├── 2024 启动 → 选 Java 17（生态成熟）
 ├── 2024 启动 + 大量并发连接 → 选 Java 21（虚拟线程）
 └── 2026+ 启动 → 选 Java 21 / 等 Java 25（2025-09 LTS）

小结

Java 21 是 Java 8 以来最值得升级的 LTS。虚拟线程 + 分代 ZGC 让 Java 在高并发 / 云原生场景下重新具备竞争力；Record + Sealed + Pattern Matching 让 Java 进入"数据导向编程"新范式。建议所有新项目直接基于 Java 21，老项目（Java 8/11）按"先 17 再 21"两步走策略升级。

虚拟线程 on Liangweidong's blog

Java 21 LTS 版本特性全景：从 Records 到虚拟线程

Java 21 LTS 版本特性全景：从 Records 到虚拟线程

为什么 LTS 版本对生产至关重要

Java 8（2014-03）：函数式编程革命

Lambda 表达式

Stream API

Optional 抗 NPE

新 Date/Time API（java.time）

Java 11（2018-09）：HTTP Client + var

var 局部变量类型推断

标准 HTTP Client

字符串新方法

Java 17（2021-09）：Records + Sealed + Pattern Matching

Record（不可变数据载体）

Sealed Class（封闭类）

Text Blocks（Java 13 引入、15 正式）

Pattern Matching for instanceof（Java 16 正式）

Java 21（2023-09）：下一代 LTS

1. 虚拟线程（Virtual Threads，JEP 444）

2. 序列集合（Sequenced Collections，JEP 431）

3. Switch 模式匹配（Pattern Matching for switch，JEP 441）

4. Record Patterns（记录模式，JEP 440）

5. 字符串模板（String Templates，JEP 459 预览）

6. 未命名类和实例主方法（JEP 445）

7. 分代 ZGC（Generational ZGC，JEP 439）

升级路径建议

从 Java 8 → 17

从 Java 17 → 21

LTS 选择决策树

小结

新 Date/Time API（`java.time`）

`var` 局部变量类型推断