JDK 21是Java开发工具包的最新版本，它引入了许多令人振奋的新特性，旨在提高开发人员的生产力和代码质量。在本文中，我们将介绍一些JDK 21的新特性，并提供使用示例，以帮助您更好地理解和应用这些功能。

一、字符串模板（String Templates）

字符串模板是JDK 21中引入的一项预览功能。它可以大大简化Java中处理复杂字符串的过程。在以往的Java中，我们通常使用字符串拼接或格式化方法来构建字符串，而这些方法可能会变得冗长和难以维护。使用字符串模板，我们可以在字符串中直接嵌入表达式，而无需进行额外的处理。

让我们看一个示例：

String name = "Joan";
String info = STR."My name is \{name}";
assert info.equals("My name is Joan");   // true

在上面的代码中，我们使用 ${} 将变量插入到字符串中。在运行时，这些表达式将被相应的变量值替换。

这使得构建动态字符串变得更加简单和直观，尤其是对于需要频繁拼接字符串的场景。

二、序列化集合（Sequenced Collections）

JDK 21引入了一种新的集合类型，即序列化集合。序列化集合通过提供可预测的迭代顺序，解决了在多线程环境下遍历集合时可能出现的竞争条件和不确定性问题。

让我们看一个示例：

List<String> list = new SequencedArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add("Orange");

for (String fruit : list.reversed()) {
    System.out.println(fruit);
}

在上面的代码中，我们创建了一个 SequencedArrayList，并向其中添加了一些水果。使用增强的 for 反向循环遍历集合时，我们可以确保按照添加的顺序输出水果的名称：Orange，Banana，Apple。

这种可预测的顺序确保了集合在多线程环境下的一致性和可靠性。

三、分代ZGC（Generational ZGC）

JDK 21 引入了分代 ZGC，这是一种新的垃圾收集器，旨在提高大型堆内存的性能和可扩展性。分代 ZGC 利用分代内存布局和分代收集算法，可将垃圾收集的负担分散到不同的代中，从而减少垃圾收集的停顿时间。

让我们看一个示例：

// 启用分代ZGC
java -XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational ...

在上面的代码中，我们通过添加启动参数 -XX:+UseZGC -Xmx8g 来启用分代ZGC，并将堆内存设置为 8GB。

分代 ZGC 可以显著减少垃圾回收过程中的停顿时间，并提高应用程序的响应性能。这对于大型 Java 应用程序和高并发场景下的性能优化非常有价值。

在未来的版本中，官方打算将分代 ZGC 作为默认值，此时 -XX:-ZGenerational 将选择非分代 ZGC。在更晚的版本中，打算删除非分代 ZGC，届时 ZGenerational 选项将变得过时。

四、记录模式（Record Patterns）

记录模式是一种新的语言特性，允许我们定义简洁且不可变的数据模型。它通过自动创建构造函数、getter 和 equals/hashCode 等方法来简化数据对象的定义。

让我们看一个示例：

public record Person(String name, int age) {}

Person person = new Person("Alice", 25);
System.out.println(person.name());
System.out.println(person.age());

在上面的代码中，我们使用记录模式定义了一个名为 Person 的数据对象，并创建了一个实例。我们可以使用自动生成的getter方法轻松访问记录对象的属性。

记录模式简化了数据对象的定义和使用，减少了样板代码，提高了代码的可读性。

五、Fibers（纤程）

历史版本中，JDK 中的每个 java.lang.Thread 实例都是一个平台线程。平台线程在底层操作系统线程上运行 Java 代码，并在代码的整个生命周期内捕获操作系统线程。平台线程的数量受限于操作系统线程的数量。

在 JDK 21 中引入的 Fibers（纤程）被设计成一种轻量级的线程模型，它可以更高效地执行异步代码，避免了传统线程模型中线程的创建和销毁开销，提供更高的并发性和更低的资源消耗。

下面是一个使用Fibers进行异步操作的简单示例：

try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    IntStream.range(0, 10_000).forEach(i -> {
        executor.submit(() -> {
            Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
            return i;
        });
    });
}  // executor.close() is called implicitly, and waits

通过在新的虚拟线程池中执行异步操作，我们可以以更高效的方式处理并发任务。

结论

在本文中，我们介绍了 JDK 21的一些新特性，包括字符串模板、序列化集合、分代ZGC、记录模式和 Fibers。我们还提供了相应的使用示例，帮助您更好地理解和应用这些功能。

随着 Java 生态系统的不断发展，我们可以期待更多创新和改进的到来。JDK 21为 Java 开发者提供了更多的工具和选择，让我们能够更加高效地开发出安全、可靠且高性能的应用程序。

参考文献：

1. https://openjdk.org/projects/jdk/21/
2. https://openjdk.org/jeps/431