JCConf 2023 - 深入淺出 Java 21 功能

深入淺出 Java 21 功能
Joseph Kuo (CyberJos)
VP of Software Development @
NextDrive
如果有人能簡介
Java 21 功能的
話那該有多好！

About Me
• 1993 年學程式、1999 年 Java 1.2
• 主修應數、副修資工
• 資訊教育機構、加值簡訊服務、雲端影音平台、
全球電子商務、資訊安全防護、用戶行為管理、
智慧物聯網平台
• 講師經歷：JCConf、Oracle Groundbreakers、
AWS Summit、……
• 系統架構、雲端運算、邊緣運算、後端技術、軟
工設計、智慧物聯
• 希望能一輩子玩技術寫程式到老 2
https://cyberjos.blog/

Taiwan Java User Group
• FB：https://www.facebook.com/groups/twjug
• 官方網站：http://www.twjug.org/
• LINE 社群「Java 程式語言討論區」
3

歡迎來到 JCConf 2023
4
Virtual Threads
Spring Framework
Kotlin
JVM
Jakarta EE
GraalVM
Scala
Android
Redis
MySQL
VMware
Lombok Javalin
AWS
Azure
LINE
Autopass
Java 21 LTS
SoftLeader
Oracle

2023 State of Java Ecosystem
• New Relic first published in March 2020
• 2023 state was published in April 2023
• Based on data gathered from millions of
applications providing performance data
• The data for this report was drawn entirely
from applications reporting to New Relic in
January 2023 and does not provide a global
picture of Java usage.
6
Source: https://newrelic.com/resources/report/2023-state-of-java-ecosystem

LTS 中 Java 17 用戶增長率顯著
7

非 LTS 版本仍以 14 穩居第一
8

Amazon 躍升 JDK 供應商龍頭
9

G1GC 維持 Java 11 後領先地位
10

Java 21 有哪些新功能？
11
聽說 Java 21 是下個 LTS 版
本，它有哪些新功能呢？
我們需要開始使用它嗎？
好，我們完成系統轉換到
Java 11 平台，甚至有一些
舊服務以及服務已經採用
Java 17 開發了……

我有故事，你有酒嗎？

早在 Java 遠古時代 (< Java 7)
String text = "NULL";
if (obj instanceof String) { // check
String s = (String) obj; // assign + cast
text = "String: " + s;
} else if (obj instanceof Integer) {
Integer i = (Integer) obj;
if (i < 10000) text = "Small Int: " + i;
else text = "Big Int: " + i;
} else if (obj instanceof Long) {
Long l = (Long) obj;
text = "Long: " + l;
} else if (obj instanceof Number) {
Number n = (Number) obj;
text = "Number: " + n;
} else if (obj != null)
text = "Object: " + obj; 13

Java 16 加強了 instanceof
String text = "NULL";
if (obj instanceof String s) { // check + assign + cast
text = "String: " + s;
} else if (obj instanceof Integer i && i < 10_000) {
text = "Small Int: " + i;
} else if (obj instanceof Integer i) {
text = "Big Int: " + i;
} else if (obj instanceof Long l) {
text = "Long: " + l;
} else if (obj instanceof Number n) {
text = "Number: " + n;
} else if (obj != null) {
text = "Object: " + obj;
}
14
雖然簡化了，但還
是有很多判斷式！

Pattern Matching for switch
String text = switch (obj) {
case null -> "NULL"; // null check
case String s -> "String: " + s;
case Integer i
when i < 10_000 -> "Small Int: " + i;
case Integer i -> "Big Int: " + i;
case Long l -> "Long: " + l;
case Number n -> "Number: " + n;
default -> "Object: " + obj;
}
16
1. 可以檢查 null
2. 可以用 when 來增加判斷式
（guarded pattern）
3. Java14 讓 switch 可以回
傳值並設定 text 變數內容

注意！上下順序很重要！
case null -> "NULL";
case String s -> "String: " + s;
case Number n -> "Number: " + n;
// Error: this case label is dominated
// by a preceding case label
case Integer i -> "Integer: " + i; // unreachable
case Long l -> "Long: " + l;
}
17
到不了的地方叫遠方

支配權 Dominance
• 父類別大於子類別（例：Number > Integer）
• Unguarded pattern 大於 guarded pattern
（case Type > case Type when expr.）
• Guarded pattern when true 大於其他
pattern（guarded & unguarded）
• Pattern 大於常數（Integer i > 1, 2）
• Enum 類別大於常數（Color > Color.RED）
• when 不會進行過多的額外檢查
18

建議撰寫原則
• 先寫 case null （純粹為了易讀性與維護性）
• 次寫 case 常數和列舉常數
• 再寫 guarded 的 case Type t when 判斷式
• 後寫 unguarded 的 case Type t
• 特別注意 Type 的子類別要放在父類別之前
• 最後寫 default 做收尾（若未窮舉的話）
19

搭配 enum 一起用
enum Color { RED, GREEN, BLUE, YELLOW, PURPLE }
case Color.BLUE -> "Color.BLUE"; // 短版本
case Color c
when c == Color.RED -> "Color.RED";// 與上式等價
case Color c -> "Color: others"; // 注意支配性
case int[] ia -> "Int array: " + ia; // 陣列也可以
}
20
記得 enum、sealed 需要注
意是否要窮舉所有可能值！

class Point { // immutable
private final int x, y;
public Point(int x, int y) { this.x=x; this.y=y; }
public int x() { return x; }
public int y() { return y; }
public boolean equals(Object o) {
return o instanceof Point
&& ((Point) o).x == x
&& ((Point) o).y == y;
}
public int hashCode() { return Objects.hash(x, y); }
public String toString() {
return String.format("Point[x=%d, y=%d]", x, y);
}
}
回到 Java 上古時代(= Java 7)
22

Java16 record + Java17 sealed
23
record Point(int x, int y) {} // 上頁的程式碼濃縮成一行了
// 順便增加一些複雜度
sealed interface Shape
permits Circle, Rectangle, Triangle {
public static void check(Point p) {
if (p.x() <= 0)
throw new IllegalArgumentException("NG!");
}
}
record Circle(Point p, int r, Color c)
implements Shape {}
record Rectangle(Point p1, Point p2, Color c)
implements Shape {}
record Triangle(Point p1, Point p2, Point p3, Color c)
implements Shape {}

return switch (obj) {
case Point p -> "Point: " + p; // Pattern matching
case Circle(Point p, int r, Color c) // record pattern
-> "Circle: p:" + p;
case Rectangle(Point p1, Point p2, Color c)
-> "Rectangle: 1:" + p1 + ", 2:" + p2;
case Triangle(Point p1, Point p2, Point p3, Color c)
-> "Triangle: 1:" + p1 + ", 2:" + p2 + ", 3:" + p3;
};
24
這樣一來就不需要使用
case Circle c -> c.p();
Record Pattern

record Pair<T>(T a, T b) {}
private Pair<Shape> o;
switch (o) {
// 要窮舉所有可能值
case Pair<Shape>(Circle c, Shape s) -> ...
case Pair<Shape>(Rectangle r, Circle c) -> ...
case Pair<Shape>(Rectangle r, Rectangle r) -> ...
case Pair<Shape>(Rectangle r, Triangle t) -> ...
case Pair<Shape>(Triangle t, Shape s) -> ...
// 或是用下列任一行收尾
case Pair<Shape>(var a, var b) -> ...
case Pair<Shape> x -> ...
default -> ...
}
25
要注意是否已窮舉

If record in if
// Java 16 ~ 20
if (o instanceof Point p) {
int x = p.x();
int y = p.y();
System.out.println(x + y);
}
// Java 21 Record pattern
if (o instanceof Point(int x, int y)) {
}
26

更複雜的 Record Pattern
if (o instanceof Circle(Point(int x, int y), int r, Color c)) {
}
if (o instanceof Rectangle(Point(var x,var y), var p2, var c)) {
System.out.println(x); // 也可以使用 var
}
if (o instanceof Triangle(Point(int x1, int y1),
Point(var x2, var y2), Point p3, var c)) {
System.out.println(c);
}
27
程式碼能夠
簡化嗎？

Unnamed Patterns (Preview)
if (o instanceof Circle(Point(int x, int y), int _, Color _) {
System.out.println(x + y); // unnamed pattern variable
}
if (o instanceof Rectangle(Point(var x, _), _, _) {
System.out.println(x); // unnamed pattern (Type v)
}
if (o instanceof Triangle(_, _, _, var c) { // unnamed pattern
System.out.println(c);
}
if (o instanceof Point _) { // unnamed pattern variable
System.out.println("Point!");
}
28
程式碼複雜度降
低，可讀性增加！

Unnamed Variables (Preview)
var points = new ArrayList<Point>(List.of(p1, p2, p3, p4, p5));
for (Point _ : points) { // enhanced for loop
if (DEBUG) count++;
}
for (int i = 0, _ = init(); i < count; i++) { // for statement
try (var _ = getRes()) { // try-with-resources statement
Point p = points.getFirst();
Shape.check(p);
m.putAll(Arrays.stream(Color.values())
.map(c -> new Circle(p, i, c))
.collect(toMap(Function.identity(),
_ -> 1L)) //lambda
);
} catch (IllegalArgumentException _) { // exception
var _ = points.removeFirst(); // local variable
}
}
29

這是禁止事項 🙅
• o instanceof _
• o instanceof _(int x, int y)
• o instanceof var _
• case _
• case var _
• case Type(_)
• void test(String x, int _) {}
• ...
30

剛剛好像有看到 list 的
getFirst / removeFirst？

各自表述，沒有共識
First element Last element
List list.get(0) list.get(list.size() - 1)
Deque deque.getFirst() deque.getLast()
SortedSet set.first() set.last()
LinkedHashSet set.iterator().next() // missing
32
不同集合取得
首尾元素有不
同做法……

Sequenced Collections
• 增加 Collections 的學習曲線和複雜度（X）
• 加強集合元素的序列處理能力（O）
• 引入新的介面和方法來簡化有序集合
• 提供全員一致的方法來存取首尾元素
• 同時提供反序集合的生成方法
33

Sequenced Collections 繼承樹

SequencedCollection
// new method
SequencedCollection<E> reversed();
// methods promoted from Deque
void addFirst(E);
void addLast(E);
E getFirst();
E getLast();
E removeFirst();
E removeLast();
// add*(E) & remove*() are optional (unmodifiable)
// get*() & remove*() throw NoSuchElementEx if empty
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SequencedSet
// covariant override
SequencedSet<E> reversed();
// add*(E) throw UnsupportedOperationEx in SortedSet
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臣妾做不到啊……

SequencedMap
// new method
SequencedMap<K, V> reversed();
SequencedSet<K> sequencedKeySet();
SequencedCollection<V> sequencedValues();
SequencedSet<Entry<K, V>> sequencedEntrySet();
V putFirst(K, V);
V putLast(K, V);
// put*(K, V) and poll*(K, V) are optional
// put*(K, V) throw UnsupportedOperationEx in SortedMap
// methods promoted from NavigableMap
Entry<K, V> firstEntry();
Entry<K, V> lastEntry();
Entry<K, V> pollFirstEntry();
Entry<K, V> pollLastEntry();
37

Virtual Threads
• 繼承 Thread 的輕量級執行緒，可大幅減少撰
寫、維護和監控高吞吐並行程式的工作量
• 用 thread-per-request 風格撰寫的服務器應用
程式能以接近最佳化的硬體使用率來進行擴容
• 原本使用 Thread API 的既有程式碼能在最小的
改動下採用虛擬執行緒
• 與既有的 JDK 工具整合，使其易於使用、除錯
和量測
38

Thread-per-request 風格
• 服務器程式利用執行緒去完全處理每個請求
• Little's Law（L=λW）：給定的請求處理時間
內（延遲λ），服務器同時能處理的請求數（並
行L ）與抵達率（吞吐W）成比例增長
• 綜合上述，增加吞吐量代表執行緒數量也要增
加，才能在維持相同的延遲
• 但執行緒的數量有其限制，因為 JDK 的平台執
行緒對應的是代價昂貴的 OS 執行緒
39
另外有非
同步風格

改進 thread-per-request 效率
• 為了在擴展應用程式的同時能與平台維持協作，
所以用更有效率的方式來實作執行緒
• 如同 OS 將大量虛擬定址空間映射到有限實體
RAM 一樣，JVM 將大量虛擬執行緒映射到少
量的 OS 執行緒，達成增加執行緒數量
• 虛擬執行緒會被臨時對映到載體執行緒中，一
旦遇到阻塞操作，就會從載體中移除，而載體
可以執行另一個虛擬執行緒（新的或之前被阻
塞的）
40

虛擬執行緒要怎麼用？
try (var executor =
Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
IntStream.range(0, 10_000)
.forEach(i -> {
executor.submit(() -> {
Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
return i;
});
});
}
1. 無負擔建立虛擬執行緒
2. 可以設定較大的數量
3. 背後只用到少量OS執行緒
4. 如果用平台執行緒的話會出事
41

你也許感興趣的事情
• 虛擬執行緒不會加快執行速度，事實上它與平
台執行緒的速度一致。它的目的是為了提供更
高的吞吐量，而不是更低的延遲
• 適用於並行數量多且非 CPU 負載時（I/O）
• 不要用執行緒池，因為它便宜且大量，主打DB
查詢或 HTTP 請求。平台執行緒很昂貴，所以
才需要執行緒池保持其長壽並方便調度
• 小心 ThreadLocal，建議用 ScopedValue
• Structured Concurrency 預設使用虛擬執行緒
42

public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello, World!");
}
}
回到 Java 盤古開天時代說哈囉
1. 程式碼太長
2. 需解釋太多觀念
3. 太多不需要的結構
4. 有點太過雜亂
5. 對新手不友善
43

class HelloWorld {
void main() {
}
}
Instance Main Methods(Preview)
1. main 方法不需要是 static
2. 也不需要 public
3. 不需要有 String[] 傳入值
44

1. 類別中非 private 的
static void main(String[] args)
2. 類別中非 private 的
static void main()
3. 類別中本身宣告或繼承自父類別的
非 private 的 void main(String[] args)
4. 類別中本身宣告或繼承自父類別的
非 private 的 void main()
如何挑選？
45

void main() {
}
// T.java -> final class T extends Object implements
Unnamed Classes (Preview)
1. 讓 class 宣告變成可有可無
2. 當方法和欄位沒有被類別宣告包覆
時，會自動將其視為未命名類的成員
3. 不能被其他類別引用，故需要 main()，
也無法外部呼叫靜態成員與建構子
4. 不能實作介面
46

private String hello = "Hello";
String name() { return "World"; }
void main() {
System.out.println(hello + ", " + name() + "!");
System.out.println(STR."{hello}, {name()}!");
}
未命名類別內可以網內互打
了解！不過 STR 和
{} 是什麼東西？
47

String Templates (Preview)
// STR 是自動import到所有原始檔的 public static final 欄位
int x = 10, y = 20;
STR."{x} + {y} = {x + y}"; // 10 + 20 = 30
// 可呼叫方法和存取欄位
STR."{req.getTime()} from {req.ipAddress}";
// 雙引號不需要跳脫字元
STR."{file} {file.exists() ? "does" : "doesn't"} exist";
// 可放入各式運算式，包括 STR 本身，變成套嵌俄羅斯娃娃
STR."{array[index++]}, {STR."{array[index++]}"}";
// 當然，也支援 String Block
STR.""" {
"name": "{record.name}",
"phone": "{record.phone}"
"""; 48

Core Java Library
• JEP 431: Sequenced Collections
• JEP 442: Foreign Function & Memory API
(Third Preview)
• JEP 444: Virtual Threads
• JEP 446: Scoped Values (Preview)
• JEP 448: Vector API (Sixth Incubator)
• JEP 453: Structured Concurrency (Preview)
50

Java Language Specification
• JEP 430: String Templates (Preview)
• JEP 440: Record Patterns
• JEP 441: Pattern Matching for switch
• JEP 443: Unnamed Patterns and Variables
(Preview)
• JEP 445: Unnamed Classes and Instance
Main Methods (Preview)
51

HotSpot & Security
• JEP 439: Generational ZGC
• JEP 449: Deprecate the Windows 32-bit x86
Port for Removal
• JEP 451: Prepare to Disallow the Dynamic
Loading of Agents
• JEP 452: Key Encapsulation Mechanism API
• NOTE THAT JEP 404, Generational
Shenandoah (Experimental), originally
targeted for 21, was officially removed
52

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