Java 16 正式Records

概述

Java 16（2021年3月）将多个预览特性正式发布，包括 Records 和 instanceof 模式匹配。

Records (正式)

// 正式成为标准特性
public record Point(int x, int y) {}

public record Person(String name, int age) {
    // 紧凑构造器
    public Person {
        Objects.requireNonNull(name);
        if (age < 0) throw new IllegalArgumentException();
    }
    
    // 静态工厂方法
    public static Person of(String name, int age) {
        return new Person(name, age);
    }
}

// 本地 Record
void process(List<String> items) {
    record Item(String name, int count) {}
    
    var grouped = items.stream()
        .collect(Collectors.groupingBy(
            s -> s,
            Collectors.counting()
        ))
        .entrySet().stream()
        .map(e -> new Item(e.getKey(), e.getValue().intValue()))
        .toList();
}

instanceof 模式匹配 (正式)

// 正式成为标准特性
public void process(Object obj) {
    if (obj instanceof String s) {
        System.out.println(s.toUpperCase());
    } else if (obj instanceof Integer i) {
        System.out.println(i * 2);
    } else if (obj instanceof List<?> list && !list.isEmpty()) {
        System.out.println("List size: " + list.size());
    }
}

// 在 equals 方法中使用
@Override
public boolean equals(Object obj) {
    return obj instanceof Point p 
        && this.x == p.x 
        && this.y == p.y;
}

Stream.toList()

// Java 16 之前
List<String> list = stream.collect(Collectors.toList());

// Java 16 之后
List<String> list = stream.toList();

// 注意：返回的是不可变列表
List<String> names = Stream.of("Alice", "Bob", "Charlie")
    .filter(s -> s.length() > 3)
    .toList();

// names.add("David");  // 抛出 UnsupportedOperationException

日期时间增强

Day Period

DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("B");

LocalTime morning = LocalTime.of(9, 0);
LocalTime afternoon = LocalTime.of(14, 0);
LocalTime evening = LocalTime.of(20, 0);

System.out.println(morning.format(formatter));    // "in the morning"
System.out.println(afternoon.format(formatter));  // "in the afternoon"
System.out.println(evening.format(formatter));    // "in the evening"

// 中文
DateTimeFormatter cnFormatter = DateTimeFormatter.ofPattern("B", Locale.CHINA);
System.out.println(morning.format(cnFormatter));  // "上午"

Vector API (孵化)

用于 SIMD（单指令多数据）操作的 API。

// 需要添加模块
// --add-modules jdk.incubator.vector

import jdk.incubator.vector.*;

static final VectorSpecies<Float> SPECIES = FloatVector.SPECIES_256;

void vectorAdd(float[] a, float[] b, float[] c) {
    int i = 0;
    int upperBound = SPECIES.loopBound(a.length);
    
    for (; i < upperBound; i += SPECIES.length()) {
        var va = FloatVector.fromArray(SPECIES, a, i);
        var vb = FloatVector.fromArray(SPECIES, b, i);
        var vc = va.add(vb);
        vc.intoArray(c, i);
    }
    
    // 处理剩余元素
    for (; i < a.length; i++) {
        c[i] = a[i] + b[i];
    }
}

密封类 (第二次预览)

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;
    }
}

public record Rectangle(double width, double height) implements Shape {
    public double area() {
        return width * height;
    }
}

public final class Triangle implements Shape {
    private final double base, height;
    
    public Triangle(double base, double height) {
        this.base = base;
        this.height = height;
    }
    
    public double area() {
        return 0.5 * base * height;
    }
}

Unix-Domain Socket Channels

支持 Unix 域套接字。

// 服务端
UnixDomainSocketAddress address = UnixDomainSocketAddress.of("/tmp/socket");
ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open(StandardProtocolFamily.UNIX);
server.bind(address);

SocketChannel client = server.accept();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
client.read(buffer);

// 客户端
SocketChannel channel = SocketChannel.open(StandardProtocolFamily.UNIX);
channel.connect(UnixDomainSocketAddress.of("/tmp/socket"));
channel.write(ByteBuffer.wrap("Hello".getBytes()));

外部链接器 API (孵化)

用于调用本地代码的 API，替代 JNI。

// 需要添加模块
// --add-modules jdk.incubator.foreign

import jdk.incubator.foreign.*;

// 调用 C 库函数
CLinker linker = CLinker.getInstance();
MethodHandle strlen = linker.downcallHandle(
    CLinker.systemLookup().lookup("strlen").get(),
    MethodType.methodType(long.class, MemoryAddress.class),
    FunctionDescriptor.of(CLinker.C_LONG, CLinker.C_POINTER)
);

try (MemorySegment str = CLinker.toCString("Hello")) {
    long len = (long) strlen.invoke(str.address());
    System.out.println("Length: " + len);  // 5
}

打包工具 jpackage

创建平台特定的安装包。

# 创建 Windows 安装程序
jpackage --name MyApp --input lib --main-jar myapp.jar \
         --main-class com.example.Main --type msi

# 创建 macOS 应用
jpackage --name MyApp --input lib --main-jar myapp.jar \
         --main-class com.example.Main --type dmg

# 创建 Linux 包
jpackage --name MyApp --input lib --main-jar myapp.jar \
         --main-class com.example.Main --type deb

其他改进

默认强封装 JDK 内部

# 访问内部 API 需要显式开放
java --add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED MyApp

ZGC 并发线程栈处理

减少 GC 停顿时间。

弹性元空间

更高效的元空间内存管理。

总结

特性	说明
Records	正式发布，不可变数据类
instanceof 模式匹配	正式发布，简化类型检查
Stream.toList()	便捷方法，返回不可变列表
Vector API	SIMD 操作（孵化）
Unix-Domain Socket	支持 Unix 域套接字
jpackage	创建平台安装包

Java 16 是一个重要的里程碑，Records 和 instanceof 模式匹配的正式发布为 Java 带来了更现代的编程体验。