Java12的新特性

Java语言特性系列

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• Java12的新特性
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序

本文主要讲述一下Java12的新特性

版本号

java -version
openjdk version "12" 2019-03-19
OpenJDK Runtime Environment (build 12+33)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 12+33, mixed mode)

从version信息可以看出是build 12+33

特性列表

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

Shenandoah GC是一个面向low-pause-time的垃圾收集器，它最初由Red Hat实现，支持aarch64及amd64 architecture；ZGC也是面向low-pause-time的垃圾收集器，不过ZGC是基于colored pointers来实现，而Shenandoah GC是基于brooks pointers来实现；如果要使用Shenandoah GC需要编译时--with-jvm-features选项带有shenandoahgc，然后启动时使用-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseShenandoahGC

• 230: Microbenchmark Suite在jdk源码里头新增了一套基础的microbenchmarks suite 325: Switch Expressions (Preview)对switch进行了增强，除了使用statement还可以使用expression，比如原来的写法如下：

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;
}

现在可以改为如下写法：

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);
}

以及在表达式返回值

int numLetters = switch (day) {
    case MONDAY, FRIDAY, SUNDAY -> 6;
    case TUESDAY                -> 7;
    case THURSDAY, SATURDAY     -> 8;
    case WEDNESDAY              -> 9;
};

对于需要返回值的switch expression要么正常返回值要么抛出异常，以下这两种写法都是错误的

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
};

• 334: JVM Constants API

新增了JVM Constants API，具体来说就是java.base模块新增了java.lang.constant包，引入了ConstantDesc接口(ClassDesc、MethodTypeDesc、MethodHandleDesc这几个接口直接继承了ConstantDesc接口)以及Constable接口；ConstantDesc接口定义了resolveConstantDesc方法，Constable接口定义了describeConstable方法；String、Integer、Long、Float、Double均实现了这两个接口，而EnumDesc实现了ConstantDesc接口

• 340: One AArch64 Port, Not Two64-bit Arm platform (arm64)，也可以称之为aarch64；之前JDK有两个关于aarch64的实现，分别是src/hotspot/cpu/arm以及open/src/hotspot/cpu/aarch64，它们的实现重复了，为了集中精力更好地实现aarch64，该特性在源码中删除了open/src/hotspot/cpu/arm中关于64-bit的实现，保留其中32-bit的实现，于是open/src/hotspot/cpu/aarch64部分就成了64-bit ARM architecture的默认实现 341: Default CDS Archivesjava10的新特性JEP 310: Application Class-Data Sharing扩展了JDK5引入的Class-Data Sharing，支持application的Class-Data Sharing；Class-Data Sharing可以用于多个JVM共享class，提升启动速度，最早只支持system classes及serial GC，JDK9对其进行扩展以支持application classes及其他GC算法，并在JDK10中开源出来(以前是commercial feature)；JDK11将-Xshare:off改为默认-Xshare:auto，以更加方便使用CDS特性；JDK12的这个特性即在64-bit平台上编译jdk的时候就默认在${JAVA_HOME}/lib/server目录下生成一份名为classes.jsa的默认archive文件(大概有18M)方便大家使用 344: Abortable Mixed Collections for G1G1在garbage collection的时候，一旦确定了collection set(CSet)开始垃圾收集这个过程是without stopping的，当collection set过大的时候，此时的STW时间会过长超出目标pause time，这种情况在mixed collections时候比较明显。这个特性启动了一个机制，当选择了一个比较大的collection set，允许将其分为mandatory及optional两部分(当完成mandatory的部分，如果还有剩余时间则会去处理optional部分)来将mixed collections从without stopping变为abortable，以更好满足指定pause time的目标 346: Promptly Return Unused Committed Memory from G1G1目前只有在full GC或者concurrent cycle的时候才会归还内存，由于这两个场景都是G1极力避免的，因此在大多数场景下可能不会及时会还committed Java heap memory给操作系统。JDK12的这个特性新增了两个参数分别是G1PeriodicGCInterval及G1PeriodicGCSystemLoadThreshold，设置为0的话，表示禁用。当上一次garbage collection pause过去G1PeriodicGCInterval(milliseconds)时间之后，如果getloadavg()(one-minute)低于G1PeriodicGCSystemLoadThreshold指定的阈值，则触发full GC或者concurrent GC(如果开启G1PeriodicGCInvokesConcurrent)，GC之后Java heap size会被重写调整，然后多余的内存将会归还给操作系统

细项解读

上面列出的是大方面的特性，除此之外还有一些api的更新及废弃，主要见JDK 12 Release Notes，这里举几个例子。

添加项

• 支持unicode 11
• 支持Compact Number Formatting

使用实例如下

    @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));
    }

输出

1万
2万
100万
11亿
1兆
1126兆

• String支持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));
    }

• 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")));
    }

• Collectors新增teeing方法用于聚合两个downstream的结果

    @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));
    }

• 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);
    }

• JDK12之前CompletionStage只有一个exceptionally，该方法体在主线程执行，JDK12新增了exceptionallyAsync、exceptionallyComposeAsync方法允许方法体在异步线程执行，同时新增了exceptionallyCompose方法支持在exceptionally的时候构建新的CompletionStage
• Allocation of Old Generation of Java Heap on Alternate Memory Devices

G1及Parallel GC引入experimental特性，允许将old generation分配在诸如NV-DIMM memory的alternative memory device

• ZGC: Concurrent Class Unloading

ZGC在JDK11的时候还不支持class unloading，JDK12对ZGC支持了Concurrent Class Unloading，默认是开启，使用-XX:-ClassUnloading可以禁用

• 新增-XX:+ExtensiveErrorReports

-XX:+ExtensiveErrorReports可以用于在jvm crash的时候收集更多的报告信息到hs_err<pid>.log文件中，product builds中默认是关闭的，要开启的话，需要自己添加-XX:+ExtensiveErrorReports参数

• 新增安全相关的改进

支持java.security.manager系统属性，当设置为disallow的时候，则不使用SecurityManager以提升性能，如果此时调用System.setSecurityManager则会抛出UnsupportedOperationExceptionkeytool新增-groupname选项允许在生成key pair的时候指定一个named group新增PKCS12 KeyStore配置属性用于自定义PKCS12 keystores的生成Java Flight Recorder新增了security-related的event支持ChaCha20 and Poly1305 TLS Cipher Suites

• jdeps Reports Transitive Dependences

jdeps的--print-module-deps, --list-deps, 以及--list-reduce-deps选项得到增强，新增--no-recursive用于non-transitive的依赖分析，--ignore-missing-deps用于suppress missing dependence errors

移除项

• 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对6及1.6的支持，同时移除--release选项

废弃项

• 废弃的API列表见deprecated-list
• 废弃-XX:+/-MonitorInUseLists选项
• 废弃Default Keytool的-keyalg值

已知问题

• Swing不支持GTK+ 3.20及以后的版本
• 在使用JVMCI Compiler(比如Graal)的时候，JVMTI的can_pop_frame及can_force_early_return的capabilities是被禁用的

其他事项

• 如果用户没有指定user.timezone且从操作系统获取的为空，那么user.timezone属性的初始值为空变为null
• java.net.URLPermission的行为发生轻微变化，以前它会忽略url中的query及fragment部分，这次改动新增query及fragment部分，即scheme : // authority [ / path ]变动为scheme : // authority [ / path ] [ ignored-query-or-fragment ]
• javax.net.ssl.SSLContext API及Java Security Standard Algorithm Names规范移除了必须实现TLSv1及TLSv1.1的规定

小结

• java12不是LTS(Long-Term Support)版本(oracle版本才有LTS)，oracle对该版本的support周期为6个月。这个版本主要有几个更新点，一个是语法层更新，一个是API层面的更新，另外主要是GC方面的更新。
• 语法层面引入了preview版本的Switch Expressions；API层面引入了JVM Constants API，引入CompactNumberFormat，让NumberFormat支持COMPACTSTYLE，对String、Files、Collectors、CompletionStage等新增方法；GC方面引入了experimental版本的Shenandoah GC，不过oracle build的openjdk没有enable Shenandoah GC support；另外主要对ZGC及G1 GC进行了改进
• 其中JDK12对ZGC支持了Concurrent Class Unloading，默认是开启，使用-XX:-ClassUnloading可以禁用；对于G1 GC则新增支持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