Java12的新特性

Java語言特性系列

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• Java12的新特性
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序

本文主要講述一下Java12的新特性

版本號

java -version
openjdk version "12" 2019-03-19
OpenJDK Runtime Environment (build 12+33)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 12+33, mixed mode)
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從version資訊可以看出是build 12+33

特性列表

• 189: Shenandoah: A Low-Pause-Time Garbage Collector (Experimental)

Shenandoah GC是一個面向low-pause-time的垃圾收集器，它最初由Red Hat實現，支援aarch64及amd64 architecture；ZGC也是面向low-pause-time的垃圾收集器，不過ZGC是基於colored pointers來實現，而Shenandoah GC是基於brooks pointers來實現；如果要使用Shenandoah GC需要編譯時--with-jvm-features選項帶有shenandoahgc，然後啟動時使用-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseShenandoahGC

• 230: Microbenchmark Suite

在jdk原始碼裡頭新增了一套基礎的microbenchmarks suite

• 325: Switch Expressions (Preview)

對switch進行了增強，除了使用statement還可以使用expression，比如原來的寫法如下：

switch (day) {
    case MONDAY:
    case FRIDAY:
    case SUNDAY:
        System.out.println(6);
        break;
    case TUESDAY:
        System.out.println(7);
        break;
    case THURSDAY:
    case SATURDAY:
        System.out.println(8);
        break;
    case WEDNESDAY:
        System.out.println(9);
        break;
}
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現在可以改為如下寫法：

switch (day) {
    case MONDAY, FRIDAY, SUNDAY -> System.out.println(6);
    case TUESDAY                -> System.out.println(7);
    case THURSDAY, SATURDAY     -> System.out.println(8);
    case WEDNESDAY              -> System.out.println(9);
}
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以及在表示式返回值

int numLetters = switch (day) {
    case MONDAY, FRIDAY, SUNDAY -> 6;
    case TUESDAY                -> 7;
    case THURSDAY, SATURDAY     -> 8;
    case WEDNESDAY              -> 9;
};
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對於需要返回值的switch expression要麼正常返回值要麼丟擲異常，以下這兩種寫法都是錯誤的

int i = switch (day) {
    case MONDAY -> {
        System.out.println("Monday"); 
        // ERROR! Block doesn't contain a break with value
    }
    default -> 1;
};
i = switch (day) {
    case MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY: 
        break 0;
    default: 
        System.out.println("Second half of the week");
        // ERROR! Group doesn't contain a break with value
};
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• 334: JVM Constants API

新增了JVM Constants API，具體來說就是java.base模組新增了java.lang.constant包，引入了ConstantDesc介面(ClassDesc、MethodTypeDesc、MethodHandleDesc這幾個介面直接繼承了ConstantDesc介面)以及Constable介面；ConstantDesc介面定義了resolveConstantDesc方法，Constable介面定義了describeConstable方法；String、Integer、Long、Float、Double均實現了這兩個介面，而EnumDesc實現了ConstantDesc介面

• 340: One AArch64 Port, Not Two

64-bit Arm platform (arm64)，也可以稱之為aarch64；之前JDK有兩個關於aarch64的實現，分別是src/hotspot/cpu/arm以及open/src/hotspot/cpu/aarch64，它們的實現重複了，為了集中精力更好地實現aarch64，該特性在原始碼中刪除了open/src/hotspot/cpu/arm中關於64-bit的實現，保留其中32-bit的實現，於是open/src/hotspot/cpu/aarch64部分就成了64-bit ARM architecture的預設實現

• 341: Default CDS Archives

java10的新特性JEP 310: Application Class-Data Sharing擴充套件了JDK5引入的Class-Data Sharing，支援application的Class-Data Sharing；Class-Data Sharing可以用於多個JVM共享class，提升啟動速度，最早只支援system classes及serial GC，JDK9對其進行擴充套件以支援application classes及其他GC演算法，並在JDK10中開源出來(以前是commercial feature)；JDK11將-Xshare:off改為預設-Xshare:auto，以更加方便使用CDS特性；JDK12的這個特性即在64-bit平臺上編譯jdk的時候就預設在${JAVA_HOME}/lib/server目錄下生成一份名為classes.jsa的預設archive檔案(大概有18M)方便大家使用

• 344: Abortable Mixed Collections for G1

G1在garbage collection的時候，一旦確定了collection set(CSet)開始垃圾收集這個過程是without stopping的，當collection set過大的時候，此時的STW時間會過長超出目標pause time，這種情況在mixed collections時候比較明顯。這個特性啟動了一個機制，當選擇了一個比較大的collection set，允許將其分為mandatory及optional兩部分(當完成mandatory的部分，如果還有剩餘時間則會去處理optional部分)來將mixed collections從without stopping變為abortable，以更好滿足指定pause time的目標

• 346: Promptly Return Unused Committed Memory from G1

G1目前只有在full GC或者concurrent cycle的時候才會歸還記憶體，由於這兩個場景都是G1極力避免的，因此在大多數場景下可能不會及時會還committed Java heap memory給作業系統。JDK12的這個特性新增了兩個引數分別是G1PeriodicGCInterval及G1PeriodicGCSystemLoadThreshold，設定為0的話，表示禁用。當上一次garbage collection pause過去G1PeriodicGCInterval(milliseconds)時間之後，如果getloadavg()(one-minute)低於G1PeriodicGCSystemLoadThreshold指定的閾值，則觸發full GC或者concurrent GC(如果開啟G1PeriodicGCInvokesConcurrent)，GC之後Java heap size會被重寫調整，然後多餘的記憶體將會歸還給作業系統

細項解讀

上面列出的是大方面的特性，除此之外還有一些api的更新及廢棄，主要見JDK 12 Release Notes，這裡舉幾個例子。

新增項

• 支援unicode 11
• 支援Compact Number Formatting

使用例項如下

	@Test
    public void testCompactNumberFormat(){
        var cnf = NumberFormat.getCompactNumberInstance(Locale.CHINA, NumberFormat.Style.SHORT);
        System.out.println(cnf.format(1_0000));
        System.out.println(cnf.format(1_9200));
        System.out.println(cnf.format(1_000_000));
        System.out.println(cnf.format(1L << 30));
        System.out.println(cnf.format(1L << 40));
        System.out.println(cnf.format(1L << 50));
    }
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輸出

1萬
2萬
100萬
11億
1兆
1126兆
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• String支援transform、indent操作

    @Test
    public void testStringTransform(){
        System.out.println("hello".transform(new Function<String, Integer>() {
            @Override
            public Integer apply(String s) {
                return s.hashCode();
            }
        }));
    }

    @Test
    public void testStringIndent(){
        System.out.println("hello".indent(3));
    }
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• Files新增mismatch方法

    @Test
    public void testFilesMismatch() throws IOException {
        FileWriter fileWriter = new FileWriter("/tmp/a.txt");
        fileWriter.write("a");
        fileWriter.write("b");
        fileWriter.write("c");
        fileWriter.close();

        FileWriter fileWriterB = new FileWriter("/tmp/b.txt");
        fileWriterB.write("a");
        fileWriterB.write("1");
        fileWriterB.write("c");
        fileWriterB.close();

        System.out.println(Files.mismatch(Path.of("/tmp/a.txt"),Path.of("/tmp/b.txt")));
    }
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• Collectors新增teeing方法用於聚合兩個downstream的結果

    @Test
    public void testCollectorTeeing(){
        var result = Stream.of("Devoxx","Voxxed Days","Code One","Basel One")
                .collect(Collectors.teeing(Collectors.filtering(n -> n.contains("xx"),Collectors.toList()),
                                            Collectors.filtering(n -> n.endsWith("One"),Collectors.toList()),
                        (List<String> list1, List<String> list2) -> List.of(list1,list2)
                                            ));

        System.out.println(result.get(0));
        System.out.println(result.get(1));
    }
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• CompletionStage新增exceptionallyAsync、exceptionallyCompose、exceptionallyComposeAsync方法

    @Test
    public void testExceptionallyAsync() throws ExecutionException, InterruptedException {
        LOGGER.info("begin");
        int result = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            LOGGER.info("calculate");
            int i = 1/0;
            return 100;
        }).exceptionallyAsync((t) -> {
            LOGGER.info("error error:{}",t.getMessage());
            return 0;
        }).get();

        LOGGER.info("result:{}",result);
    }
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• JDK12之前CompletionStage只有一個exceptionally，該方法體在主執行緒執行，JDK12新增了exceptionallyAsync、exceptionallyComposeAsync方法允許方法體在非同步執行緒執行，同時新增了exceptionallyCompose方法支援在exceptionally的時候構建新的CompletionStage

• Allocation of Old Generation of Java Heap on Alternate Memory Devices

G1及Parallel GC引入experimental特性，允許將old generation分配在諸如NV-DIMM memory的alternative memory device

• ZGC: Concurrent Class Unloading

ZGC在JDK11的時候還不支援class unloading，JDK12對ZGC支援了Concurrent Class Unloading，預設是開啟，使用-XX:-ClassUnloading可以禁用

• 新增-XX:+ExtensiveErrorReports

-XX:+ExtensiveErrorReports可以用於在jvm crash的時候收集更多的報告資訊到hs_err.log檔案中，product builds中預設是關閉的，要開啟的話，需要自己新增-XX:+ExtensiveErrorReports引數

• 新增安全相關的改進

支援java.security.manager系統屬性，當設定為disallow的時候，則不使用SecurityManager以提升效能，如果此時呼叫System.setSecurityManager則會丟擲UnsupportedOperationException keytool新增-groupname選項允許在生成key pair的時候指定一個named group 新增PKCS12 KeyStore配置屬性用於自定義PKCS12 keystores的生成 Java Flight Recorder新增了security-related的event 支援ChaCha20 and Poly1305 TLS Cipher Suites

• jdeps Reports Transitive Dependences

jdeps的--print-module-deps, --list-deps, 以及--list-reduce-deps選項得到增強，新增--no-recursive用於non-transitive的依賴分析，--ignore-missing-deps用於suppress missing dependence errors

移除項

• 移除com.sun.awt.SecurityWarnin
• 移除FileInputStream、FileOutputStream、Java.util.ZipFile/Inflator/Deflator的finalize方法
• 移除GTE CyberTrust Global Root
• 移除javac的-source, -target對6及1.6的支援，同時移除--release選項

廢棄項

• 廢棄的API列表見deprecated-list
• 廢棄-XX:+/-MonitorInUseLists選項
• 廢棄Default Keytool的-keyalg值

已知問題

• Swing不支援GTK+ 3.20及以後的版本
• 在使用JVMCI Compiler(比如Graal)的時候，JVMTI的can_pop_frame及can_force_early_return的capabilities是被禁用的

其他事項

• 如果使用者沒有指定user.timezone且從作業系統獲取的為空，那麼user.timezone屬性的初始值為空變為null
• java.net.URLPermission的行為發生輕微變化，以前它會忽略url中的query及fragment部分，這次改動新增query及fragment部分，即scheme : // authority [ / path ]變動為scheme : // authority [ / path ] [ ignored-query-or-fragment ]
• javax.net.ssl.SSLContext API及Java Security Standard Algorithm Names規範移除了必須實現TLSv1及TLSv1.1的規定

小結

• java12不是LTS(Long-Term Support)版本(oracle版本才有LTS)，oracle對該版本的support週期為6個月。這個版本主要有幾個更新點，一個是語法層更新，一個是API層面的更新，另外主要是GC方面的更新。
• 語法層面引入了preview版本的Switch Expressions；API層面引入了JVM Constants API，引入CompactNumberFormat，讓NumberFormat支援COMPACTSTYLE，對String、Files、Collectors、CompletionStage等新增方法；GC方面引入了experimental版本的Shenandoah GC，不過oracle build的openjdk沒有enable Shenandoah GC support；另外主要對ZGC及G1 GC進行了改進
• 其中JDK12對ZGC支援了Concurrent Class Unloading，預設是開啟，使用-XX:-ClassUnloading可以禁用；對於G1 GC則新增支援Abortable Mixed Collections以及Promptly Return Unused Committed Memory特性

doc

• openjdk 12
• JDK 12 Release Notes
• Java 12 Released with Experimental Switch Expressions and Shenandoah GC
• Definitive Guide To Java 12
• Definitive Guide To Switch Expressions In Java 12
• JVM Class Data Sharing
• JEP 310: Application Class-Data Sharing
• Improve Launch Times On Java 10 With Application Class-Data Sharing
• Make -Xshare:auto the default for server VM
• Using application class-data sharing
• Java Performance Tuning News February 2018
• JDK 12 Security Enhancements