Java 21 新特性详解 | Baeldung中文网

1. 概述

本文将探讨 Java 21 中新增的重要特性和改进。作为继 Java 17 之后的最新 LTS 版本，Java 21 于 2023 年 9 月 19 日正式发布，带来了多项令人期待的语言增强。

2. 核心特性解析

2.1. 记录类模式 (JEP 440)

记录类模式在 Java 19 和 20 中作为预览功能出现，现在 Java 21 将其正式转正并进行了优化。该特性扩展了现有的模式匹配功能，支持对记录类实例进行解构，使复杂数据查询更简洁高效，同时新增了嵌套模式支持。

来看个实际例子，代码可以写得更精简：

record Point(int x, int y) {}
    
public static int beforeRecordPattern(Object obj) {
    int sum = 0;
    if(obj instanceof Point p) {
        int x = p.x();
        int y = p.y();
        sum = x+y;
    }
    return sum;
}
    
public static int afterRecordPattern(Object obj) {
    if(obj instanceof Point(int x, int y)) {
        return x+y;
    }
    return 0;
}

这种模式还支持嵌套记录的解构：

enum Color {RED, GREEN, BLUE}
record ColoredPoint(Point point, Color color) {}

record RandomPoint(ColoredPoint cp) {}
public static Color getRamdomPointColor(RandomPoint r) {
    if(r instanceof RandomPoint(ColoredPoint cp)) {
        return cp.color();
    }
    return null;
}

✅ 优势：直接访问嵌套记录的属性，代码更直观

2.2. switch 的模式匹配 (JEP 441)

该特性最初在 JDK 17 引入，经过多轮迭代，Java 21 带来了更完善的实现。核心目标是允许在 switch case 标签中使用模式，提升 switch 语句和表达式的表现力，并新增了处理 NullPointerException 的 null case 标签。

假设有个账户体系：

static class Account{
    double getBalance(){
       return 0;
    }
}

扩展出多种账户类型：

static class SavingsAccount extends Account {
    double getSavings() {
        return 100;
    }
}
static class TermAccount extends Account {
    double getTermAccount() {
        return 1000;
    } 
}
static class CurrentAccount extends Account {
    double getCurrentAccount() {
        return 10000;
    } 
}

在 Java 21 之前，获取余额需要这样写：

static double getBalanceWithOutSwitchPattern(Account account) {
    double balance = 0;
    if(account instanceof SavingsAccount sa) {
        balance = sa.getSavings();
    }
    else if(account instanceof TermAccount ta) {
        balance = ta.getTermAccount();
    }
    else if(account instanceof CurrentAccount ca) {
        balance = ca.getCurrentAccount();
    }
    return balance;
}

⚠️ 问题：if-else 链条冗长，可读性差

Java 21 的模式匹配让代码更简洁：

static double getBalanceWithSwitchPattern(Account account) {
    double result = 0;
    switch (account) {
        case null -> throw new RuntimeException("Oops, account is null");
        case SavingsAccount sa -> result = sa.getSavings();
        case TermAccount ta -> result = ta.getTermAccount();
        case CurrentAccount ca -> result = ca.getCurrentAccount();
        default -> result = account.getBalance();
    };
    return result;
}

验证测试：

SwitchPattern.SavingsAccount sa = new SwitchPattern.SavingsAccount();
SwitchPattern.TermAccount ta = new SwitchPattern.TermAccount();
SwitchPattern.CurrentAccount ca = new SwitchPattern.CurrentAccount();

assertEquals(SwitchPattern.getBalanceWithOutSwitchPattern(sa), SwitchPattern.getBalanceWithSwitchPattern(sa));
assertEquals(SwitchPattern.getBalanceWithOutSwitchPattern(ta), SwitchPattern.getBalanceWithSwitchPattern(ta));
assertEquals(SwitchPattern.getBalanceWithOutSwitchPattern(ca), SwitchPattern.getBalanceWithSwitchPattern(ca));

新特性还支持 when 子句进行条件匹配：

static String processInputNew(String input) {
    String output = null;
    switch(input) {
        case null -> output = "Oops, null";
        case String s when "Yes".equalsIgnoreCase(s) -> output = "It's Yes";
        case String s when "No".equalsIgnoreCase(s) -> output = "It's No";
        case String s -> output = "Try Again";
    }
    return output;
}

✅ 优势：避免嵌套 if-else，逻辑更清晰

2.3. 字符串模板 (JEP 430)

Java 提供了多种字符串组合方式（连接符、StringBuilder、format() 等）。Java 21 引入的字符串模板通过结合字面文本与模板表达式，提供了更优雅的解决方案。

示例代码：

String name = "Baeldung";
String welcomeText = STR."Welcome to \{name}";
System.out.println(welcomeText);

输出结果：Welcome to Baeldung

模板由三部分组成：

模板处理器（如 STR）
点号分隔符
嵌入表达式（如 \{name}）

运行时处理器会合并字面文本和表达式值。除了 STR，Java 还提供 FMT 和 RAW 处理器。

2.4. 虚拟线程 (JEP 444)

虚拟线程在 Java 19 作为预览功能引入，Java 21 带来重要更新。虚拟线程是轻量级线程，旨在降低高并发应用的开发复杂度。传统平台线程直接绑定 OS 线程，存在扩展瓶颈；而虚拟线程虽也是 java.lang.Thread 实例，但不固定绑定特定 OS 线程。

使用示例：

try(var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    IntStream.rangeClosed(1, 10_000).forEach(i -> {
        executor.submit(() -> {
            System.out.println(i);
            try {
                Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
            } 
            catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    });
}

🔧 关键改进：

✅ 虚拟线程现在始终支持线程局部变量
✅ 通过 Thread.Builder 创建的虚拟线程支持生命周期监控和新线程转储

2.5. 有序集合 (JEP 431)

Java 集合框架中缺乏表示有序元素序列的统一类型。Java 21 新增三个接口解决此问题：

SequencedCollection：有序集合
SequencedSet：无重复元素的有序集合
SequencedMap：条目有序的映射

类层次结构更新：

✅ 核心能力：

明确定义元素遍历顺序
提供首/末元素访问
支持前驱/后继操作

2.6. 密钥封装机制 API (JEP 452)

密钥封装是使用非对称加密保护对称密钥的技术。传统方法需要填充，安全性难以证明；而 KEM（密钥封装机制）无需填充即可派生对称密钥。Java 21 新增 KEM API，支持应用使用 KEM 算法。

3. 总结

本文重点解析了 Java 21 的核心改进：

记录类模式简化数据解构
switch 模式匹配提升代码表现力
字符串模板优化字符串处理
虚拟线程突破并发瓶颈
有序集合统一顺序操作
KEM API 增强密钥管理

其他改进散布在 JDK 各个包中，但上述特性已足够作为探索 Java 21 的起点。完整示例代码可在 GitHub 获取。

Persistence

REST

Security