Java 17 新功能介紹（LTS）

程式猿阿朗發表於2021-11-08
Java

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Java 17 在 2021 年 9 月 14 日正式釋出，Java 17 是一個長期支援（LTS）版本，這次更新共帶來 14 個新功能。

OpenJDK Java 17 下載：https://jdk.java.net/archive/

OpenJDK Java 17 文件：https://openjdk.java.net/projects/jdk/17/

JEP 描述
JEP 306 恢復始終嚴格的浮點語義
JEP 356 增強的偽隨機數生成器
JEP 382 使用新的 macOS 渲染庫
JEP 391 支援 macOS/AArch64 架構
JEP 398 刪除已啟用的 Applet API
JEP 403 更強的封裝 JDK 內部封裝
JEP 406 Switch 模式匹配（預覽）
JEP 407 移除 RMI Activation
JEP 409 密封類（Sealed Classes）
JEP 410 JEP 401：移除實驗性的 AOT 和 JIT 編譯器
JEP 411 棄用 Security Manager
JEP 412 外部函式和記憶體 API（孵化器）
JEP 414 Vector API（第二孵化器）
JEP 415 指定上下文的反序列化過濾器

此文章屬於 Java 新特性教程 系列，會介紹 Java 每個版本的新功能，可以點選瀏覽。

1. JEP 306： 恢復始終嚴格的浮點語義

既然是恢復嚴格的浮點語義，那麼說明在某個時間點之前，是始終嚴格的浮點語義的。其實在 Java SE 1.2 之前，所有的浮點計算都是嚴格的，但是以當初的情況來看，過於嚴格的浮點計算在當初流行的 x86 架構和 x87 浮點協議處理器上執行，需要大量的額外的指令開銷，所以在 Java SE 1.2 開始，需要手動使用關鍵字 strictfp（strict float point） 才能啟用嚴格的浮點計算。

但是在 2021 年的今天，硬體早已發生鉅變，當初的問題已經不存在了，所以從 Java 17 開始，恢復了始終嚴格的浮點語義這一特性。

擴充套件：strictfp 是 Java 中的一個關鍵字，大多數人可能沒有注意過它，它可以用在類、介面或者方法上，被 strictfp 修飾的部分中的 float 和 double 表示式會進行嚴格浮點計算。

下面是一個示例，其中的 testStrictfp() 被 strictfp 修飾。

package com.wdbyte;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        testStrictfp();
    }

    public strictfp static void testStrictfp() {
        float aFloat = 0.6666666666666666666f;
        double aDouble = 0.88888888888888888d;
        double sum = aFloat + aDouble;
        System.out.println("sum: " + sum);
    }
}

2. JEP 356：增強的偽隨機數生成器

為偽隨機數生成器 RPNG（pseudorandom number generator）增加了新的介面型別和實現，讓在程式碼中使用各種 PRNG 演算法變得容易許多。

這次增加了 RandomGenerator 介面，為所有的 PRNG 演算法提供統一的 API，並且可以獲取不同型別的 PRNG 物件流。同時也提供了一個新類 RandomGeneratorFactory 用於構造各種 RandomGenerator 例項，在 RandomGeneratorFactory 中使用 ServiceLoader.provider 來載入各種 PRNG 實現。

下面是一個使用示例：隨便選擇一個 PRNG 演算法生成 5 個 10 以內的隨機數。

package com.wdbyte.java17;

import java.util.Date;
import java.util.random.RandomGenerator;
import java.util.random.RandomGeneratorFactory;
import java.util.stream.Stream;

/**
 * @author niulang
 */
public class JEP356 {

    public static void main(String[] args) {
        RandomGeneratorFactory<RandomGenerator> l128X256MixRandom = RandomGeneratorFactory.of("L128X256MixRandom");
        // 使用時間戳作為隨機數種子
        RandomGenerator randomGenerator = l128X256MixRandom.create(System.currentTimeMillis());
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(randomGenerator.nextInt(10));
        }
    }
}

得到輸出：

7
3
4
4
6

你也可以遍歷出所有的 PRNG 演算法。

RandomGeneratorFactory.all().forEach(factory -> {
    System.out.println(factory.group() + ":" + factory.name());
});

得到輸出：

LXM:L32X64MixRandom
LXM:L128X128MixRandom
LXM:L64X128MixRandom
Legacy:SecureRandom
LXM:L128X1024MixRandom
LXM:L64X128StarStarRandom
Xoshiro:Xoshiro256PlusPlus
LXM:L64X256MixRandom
Legacy:Random
Xoroshiro:Xoroshiro128PlusPlus
LXM:L128X256MixRandom
Legacy:SplittableRandom
LXM:L64X1024MixRandom

可以看到 Legacy:Random 也在其中，新的 API 相容了老的 Random 方式，所以你也可以使用新的 API 呼叫 Random 類生成隨機數。

// 使用 Random
RandomGeneratorFactory<RandomGenerator> l128X256MixRandom = RandomGeneratorFactory.of("Random");
// 使用時間戳作為隨機數種子
RandomGenerator randomGenerator = l128X256MixRandom.create(System.currentTimeMillis());
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    System.out.println(randomGenerator.nextInt(10));
}

擴充套件閱讀：增強的偽隨機數生成器

3. JEP 382：使用新的 macOS 渲染庫

macOS 為了提高圖形的渲染效能，在 2018 年 9 月拋棄了之前的 OpenGL 渲染庫 ，而使用了 Apple Metal 進行代替。Java 17 這次更新開始支援 Apple Metal，不過對於 API 沒有任何改變，這一些都是內部修改。

擴充套件閱讀：macOS Mojave 10.14 Release Notes，Apple Metal

4. JEP 391：支援 macOS/AArch64 架構

起因是 Apple 在 2020 年 6 月的 WWDC 演講中宣佈，將開啟一項長期的將 Macintosh 計算機系列從 x64 過度到 AArch64 的長期計劃，因此需要儘快的讓 JDK 支援 macOS/AArch64 。

Linux 上的 AArch64 支援以及在 Java 16 時已經支援，可以檢視之前的文章瞭解。

擴充套件：Java 16 新功能介紹 - JEP 386

5. JEP 398：刪除已棄用的 Applet API

Applet 是使用 Java 編寫的可以嵌入到 HTML 中的小應用程式，嵌入方式是通過普通的 HTML 標記語法，由於早已過時，幾乎沒有場景在使用了。

示例：嵌入 Hello.class

<applet code="Hello.class" height=200 width=200></applet>

Applet API 在 Java 9 時已經標記了廢棄，現在 Java 17 中將徹底刪除。

6. JEP 403：更強的 JDK 內部封裝

如 Java 16 的 JEP 396 中描述的一樣，為了提高 JDK 的安全性，使 --illegal-access 選項的預設模式從允許更改為拒絕。通過此更改，JDK 的內部包和 API（關鍵內部 API 除外）將不再預設開啟。

但是在 Java 17 中，除了 sun.misc.Unsafe ，使用 --illegal-access 命令也不能開啟 JDK 內部的強封裝模式了，除了 sun.misc.Unsafe API .

在 Java 17 中使用 --illegal-access 選項將會得到一個命令已經移除的警告。

➜  bin ./java -version
openjdk version "17" 2021-09-14
OpenJDK Runtime Environment (build 17+35-2724)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 17+35-2724, mixed mode, sharing)
➜  bin ./java --illegal-access=warn
OpenJDK 64-Bit Server VM warning: Ignoring option --illegal-access=warn; support was removed in 17.0

擴充套件閱讀：JEP 403：更強的 JDK 內部封裝，Java 16 新功能介紹

7. JEP 406：switch 的型別匹配（預覽）

如 instanceof 一樣，為 switch 也增加了型別匹配自動轉換功能。

在之前，使用 instanceof 需要如下操作：

if (obj instanceof String) {
    String s = (String) obj;    // grr...
    ...
}

多餘的型別強制轉換，而現在：

if (obj instanceof String s) {
    // Let pattern matching do the work!
    ...
}

switch 也可以使用類似的方式了。

static String formatterPatternSwitch(Object o) {
    return switch (o) {
        case Integer i -> String.format("int %d", i);
        case Long l    -> String.format("long %d", l);
        case Double d  -> String.format("double %f", d);
        case String s  -> String.format("String %s", s);
        default        -> o.toString();
    };
}

對於 null 值的判斷也有了新的方式。

// Java 17 之前
static void testFooBar(String s) {
    if (s == null) {
        System.out.println("oops!");
        return;
    }
    switch (s) {
        case "Foo", "Bar" -> System.out.println("Great");
        default           -> System.out.println("Ok");
    }
}
// Java 17
static void testFooBar(String s) {
    switch (s) {
        case null         -> System.out.println("Oops");
        case "Foo", "Bar" -> System.out.println("Great");
        default           -> System.out.println("Ok");
    }
}

擴充套件閱讀： JEP 406：switch 的型別匹配（預覽）

8. JEP 407：移除 RMI Activation

移除了在 JEP 385 中被標記廢除的 RMI（Remote Method Invocation）Activation，但是 RMI 其他部分不會受影響。

RMI Activation 在 Java 15 中的 JEP 385 已經被標記為過時廢棄，至今沒有收到不良反饋，因此決定在 Java 17 中正式移除。

擴充套件閱讀： JEP 407：移除 RMI Activation

9. JEP 409：密封類（Sealed Classes）

Sealed Classes 在 Java 15 中的 JEP 360 中提出，在 Java 16 中的 JEP 397 再次預覽，現在 Java 17 中成為正式的功能，相比 Java 16 並沒有功能變化，這裡不再重複介紹，想了解的可以參考之前文章。

擴充套件閱讀：Java 16 新功能介紹，JEP 409: Sealed Classes

10. JEP 401：移除實驗性的 AOT 和 JIT 編譯器

在 Java 9 的 JEP 295 中，引入了實驗性的提前編譯 jaotc 工具，但是這個特性自從引入依賴用處都不太大，而且需要大量的維護工作，所以在 Java 17 中決定刪除這個特性。

主要移除了三個 JDK 模組：

  1. jdk.aot - jaotc 工具。
  2. Jdk.internal.vm.compiler - Graal 編譯器。
  3. jdk.internal.vm.compiler.management

同時也移除了部分與 AOT 編譯相關的 HotSpot 程式碼：

  1. src/hotspot/share/aot — dumps and loads AOT code
  2. Additional code guarded by #if INCLUDE_AOT

11. JEP 411：棄用 Security Manager

Security Manager 在 JDK 1.0 時就已經引入，但是它一直都不是保護服務端以及客戶端 Java 程式碼的主要手段，為了 Java 的繼續發展，決定棄用 Security Manager，在不久的未來進行刪除。

@Deprecated(since="17", forRemoval=true)
public class SecurityManager {
	// ...
}

12. JEP 412：外部函式和記憶體 API （孵化）

新的 API 允許 Java 開發者與 JVM 之外的程式碼和資料進行互動，通過呼叫外部函式，可以在不使用 JNI 的情況下呼叫本地庫。

這是一個孵化功能；需要新增--add-modules jdk.incubator.foreign來編譯和執行 Java 程式碼。

歷史

  • Java 14 JEP 370引入了外部記憶體訪問 API（孵化器）。
  • Java 15 JEP 383引入了外部記憶體訪問 API（第二孵化器）。
  • Java 16 JEP 389引入了外部連結器 API（孵化器）。
  • Java 16 JEP 393引入了外部記憶體訪問 API（第三孵化器）。
  • Java 17 JEP 412引入了外部函式和記憶體 API（孵化器）。

擴充套件閱讀：JEP 412：外部函式和記憶體 API （孵化）

13. JEP 414：Vector API（二次孵化）

在 Java 16 中引入一個新的 API 來進行向量計算，它可以在執行時可靠的編譯為支援的 CPU 架構，從而實現更優的計算能力。

現在 Java 17 中改進了 Vector API 效能，增強了例如對字元的操作、位元組向量與布林陣列之間的相互轉換等功能。

14. JEP 415：指定上下文的反序列化過濾器

Java 中的序列化一直都是非常重要的功能，如果沒有序列化功能，Java 可能都不會佔據開發語言的主導地位，序列化讓遠端處理變得容易和透明，同時也促進了 Java EE 的成功。

但是 Java 序列化的問題也很多，它幾乎會犯下所有的可以想象的錯誤，為開發者帶來持續的維護工作。但是要說明的是序列化的概念是沒有錯的，把物件轉換為可以在 JVM 之間自由傳輸，並且可以在另一端重新構建的能力是完全合理的想法，問題在於 Java 中的序列化設計存在風險，以至於爆出過很多和序列化相關的漏洞。

反序列化危險的一個原因是，有時候我們不好驗證將要進行反序列化的內容是否存在風險，而傳入的資料流可以自由引用物件，很有可能這個資料流就是攻擊者精心構造的惡意程式碼。

所以，JEP 415 允許在反序列化時，通過一個過濾配置，來告知本次反序列化允許或者禁止操作的類，反序列化時碰到被禁止的類，則會反序列化失敗。

14.1. 反序列化示例

假設 Dog 類中的 Poc 是惡意構造的類，但是正常反序列化是可以成功的。

package com.wdbyte.java17;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;

/**
 * @author niulang
 */
public class JEP415 {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        Dog dog = new Dog("哈士奇");
        dog.setPoc(new Poc());
        // 序列化 - 物件轉位元組陣列
        ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
        try (ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);) {
            objectOutputStream.writeObject(dog);
        }
        byte[] bytes = byteArrayOutputStream.toByteArray();
        // 反序列化 - 位元組陣列轉物件
        ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(bytes);
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream);
        Object object = objectInputStream.readObject();
        System.out.println(object.toString());
    }
}

class Dog implements Serializable {
    private String name;
    private Poc poc;

    public Dog(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Dog{" + "name='" + name + '\'' + '}';
    }
		// get...set...
}

class Poc implements Serializable{

}

輸出結果：

Dog{name='哈士奇'}

14.2. 反序列化過濾器

在 Java 17 中可以自定義反序列化過濾器，攔截不允許的類。

package com.wdbyte.java17;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputFilter;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;

/**
 * @author niulang
 */
public class JEP415 {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        Dog dog = new Dog("哈士奇");
        dog.setPoc(new Poc());
        // 序列化 - 物件轉位元組陣列
        ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
        try (ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);) {
            objectOutputStream.writeObject(dog);
        }
        byte[] bytes = byteArrayOutputStream.toByteArray();
        // 反序列化 - 位元組陣列轉物件
        ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(bytes);
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream);
        // 允許 com.wdbyte.java17.Dog 類，允許 java.base 中的所有類，拒絕其他任何類
        ObjectInputFilter filter = ObjectInputFilter.Config.createFilter(
                        "com.wdbyte.java17.Dog;java.base/*;!*");
        objectInputStream.setObjectInputFilter(filter);
        Object object = objectInputStream.readObject();
        System.out.println(object.toString());
    }
}

class Dog implements Serializable {
    private String name;
    private Poc poc;

    public Dog(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Dog{" + "name='" + name + '\'' + '}';
    }
		// get...set...
}

class Poc implements Serializable{
}

這時反序列化會得到異常。

Exception in thread "main" java.io.InvalidClassException: filter status: REJECTED
	at java.base/java.io.ObjectInputStream.filterCheck(ObjectInputStream.java:1412)
	at java.base/java.io.ObjectInputStream.readNonProxyDesc(ObjectInputStream.java:2053)
	at java.base/java.io.ObjectInputStream.readClassDesc(ObjectInputStream.java:1907)
	....

擴充套件閱讀：JEP 415：指定上下文的反序列化過濾器

參考

  1. https://openjdk.java.net/projects/jdk/17/
  2. https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/

<完>

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Java 17 新功能介紹（LTS）

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