JDK21新特性

🌟 JDK 21 新特性全解析

Java 21 是继 Java 17 后的又一个 LTS（长期支持）版本，标志着 Java 平台进入了更现代化的阶段。该版本在语言特性、虚拟机能力、标准 API 以及性能层面进行了多项增强，特别引入了虚拟线程、结构化并发等革新性特性，对高并发程序开发产生了深远影响。

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✨ 一览：JDK 21 新特性速查表

特性名称	简要说明
虚拟线程（Virtual Threads）	更轻量的线程，极大提升并发能力
结构化并发（Structured Concurrency）	管理多任务的结构化方式，提高可读性和可靠性
模式匹配增强（Switch/Record/Type）	更强大的模式匹配表达能力
字符串模板（String Templates）	安全且可扩展的字符串插值语法
Sequenced Collections	有序集合接口，统一 List/Set/Map 顺序访问行为
Scoped Values	替代 ThreadLocal 的更安全上下文值传递
异步堆栈跟踪	改善虚拟线程中的调用栈调试能力
Record 模式匹配	更自然的记录类解构方式

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🔹 1. 虚拟线程（Virtual Threads）

📌 简介

虚拟线程是 Java 为解决传统线程数量瓶颈而引入的新型线程模型，属于 Project Loom 的核心成果。虚拟线程由 JVM 管理，而非操作系统线程，因此创建成本极低，非常适合 Web 服务、高并发 I/O 等场景。

✅ 优势

• 每个任务可独立一个线程，无需线程池调度

• 使用同步阻塞编程模型，开发更简单

• 高并发性能媲美 Netty、异步框架

✅ 示例代码（带注释）

public class VirtualThreadDemo {public static void main(String[] args) {// 启动一个虚拟线程执行任务Thread.startVirtualThread(() -> {System.out.println("这是一个虚拟线程：" + Thread.currentThread());});// 使用线程工厂批量创建虚拟线程ThreadFactory factory = Thread.ofVirtual().factory();Runnable task = () -> System.out.println("任务执行：" + Thread.currentThread());factory.newThread(task).start();}
}

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🔹 2. 结构化并发（Structured Concurrency）

📌 简介

传统并发代码往往难以管理任务生命周期、错误处理和资源回收。结构化并发是一种将多个子任务纳入统一作用域中进行调度和控制的新模型，更易于调试和维护。

✅ 场景

• 多个异步任务需并发执行并统一等待结果

• 某个任务失败后需快速取消其余任务

✅ 示例代码（带注释）

import java.util.concurrent.*;
import jdk.incubator.concurrent.StructuredTaskScope;public class StructuredConcurrencyDemo {public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {Future<String> userFuture = scope.fork(() -> findUser());Future<Integer> orderFuture = scope.fork(() -> fetchOrder());// 阻塞等待所有任务完成或某一个失败scope.join();scope.throwIfFailed(); // 若有异常会抛出// 获取任务结果String user = userFuture.resultNow();int order = orderFuture.resultNow();System.out.println("结果：" + user + ", " + order);}}static String findUser() {return "张三";}static int fetchOrder() {return 12345;}
}

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🔹 3. 模式匹配增强（Pattern Matching）

📌 简介

Java 21 在 switch、instanceof、record 模式等方面全面增强了模式匹配能力，让代码逻辑更清晰、分支判断更优雅。

✅ 新能力包括：

• switch 表达式支持类型模式与守卫条件（case T t && 条件）

• 支持 record 解构匹配（如 Point(int x, int y)）

✅ 示例代码

public class PatternMatchingDemo {public static void main(String[] args) {Object obj = 123;String result = switch (obj) {case String s -> "字符串：" + s;case Integer i && i > 100 -> "大整数：" + i;case null -> "是 null";default -> "未知类型";};System.out.println(result);}
}

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🔹 4. 字符串模板（String Templates）

📌 简介

JDK 21 引入了一种全新的字符串插值机制 String Templates（预览特性），比传统的字符串拼接更安全、更可扩展，能够避免注入攻击，并提升可读性。

✅ 特性亮点

• 支持嵌入表达式（如 ${变量}）

• 语法简洁，支持自定义格式器（如 HTML、JSON）

• 编译时安全验证，防止 SQL/HTML 注入等

✅ 示例代码（需开启预览特性）

// 需使用 --enable-preview 编译运行
import static java.util.FormatProcessor.FMT;public class StringTemplateDemo {public static void main(String[] args) {String name = "小明";int age = 20;// 使用格式化模板 FMTString result = FMT."姓名: \{name}, 年龄: \{age}";System.out.println(result); // 输出：姓名: 小明, 年龄: 20}
}

⚠️ 目前为预览特性，需通过 --enable-preview 启用。

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🔹 5. Sequenced Collections（有序集合接口）

📌 简介

新引入的 SequencedCollection、SequencedSet 和 SequencedMap 接口，统一了集合的顺序访问能力。

✅ 原因

• 以往 List、LinkedHashSet、LinkedHashMap 等有序类并未有统一接口描述它们的“顺序”语义。

✅ 特性

• 提供 getFirst()、getLast()、reversed() 等方法

• 更清晰的集合顺序语义，支持正序/反序遍历

✅ 示例代码

import java.util.*;public class SequencedCollectionDemo {public static void main(String[] args) {SequencedSet<String> set = new LinkedHashSet<>();set.add("A");set.add("B");set.add("C");System.out.println("第一个元素: " + set.getFirst()); // ASystem.out.println("最后一个元素: " + set.getLast()); // CSystem.out.println("反转后: " + set.reversed()); // [C, B, A]}
}

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🔹 6. Scoped Values（作用域值）

📌 简介

ScopedValue 是 ThreadLocal 的替代方案之一，用于在多线程执行期间传递不可变上下文变量。

✅ 优点

• 不会导致内存泄漏

• 可控作用域（自动清除）

• 与虚拟线程完美兼容

✅ 示例代码

import jdk.internal.vm.annotation.Contained;public class ScopedValueDemo {// 创建作用域值（相当于线程安全的常量上下文）static final ScopedValue<String> userId = ScopedValue.newInstance();public static void main(String[] args) {ScopedValue.runWhere(userId, "abc123", () -> {System.out.println("当前用户 ID: " + userId.get());});// 离开作用域后无法访问System.out.println("作用域外访问: " + ScopedValue.isBound(userId)); // false}
}

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🔹 7. 异步堆栈跟踪（Async Stack Trace）

📌 简介

JDK 21 在虚拟线程中默认启用了异步堆栈跟踪，能够更清晰地调试异步代码的调用链。

✅ 特性说明

• 在阻塞/恢复的切换点，记录完整调用路径

• 配合调试器/日志，提升问题排查能力

该特性为 JVM 层优化，无需用户显式编码。

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🔹 8. Record 模式匹配（Record Patterns）

📌 简介

Record 模式匹配是 Pattern Matching 特性的进一步扩展，允许你在 instanceof 检查或 switch 表达式中直接解构 record 对象的字段。相比传统写法，这种模式匹配方式可以显著减少样板代码，提升可读性和安全性。

在此之前，我们常常需要强制类型转换后再访问字段，现在可以一步完成类型判断和字段解构。

✅ 传统方式 vs 模式匹配

// ✅ 传统写法
Object obj = new Point(3, 4);
if (obj instanceof Point) {Point p = (Point) obj;int x = p.x();int y = p.y();System.out.println("点坐标: " + x + ", " + y);
}

// ✅ 使用 Record 模式匹配
Object obj = new Point(3, 4);
if (obj instanceof Point(int x, int y)) {System.out.println("点坐标: " + x + ", " + y);
}

✅ 结合 switch 使用

record Point(int x, int y) {}
record Circle(Point center, int radius) {}public class RecordPatternDemo {public static void main(String[] args) {Object shape = new Circle(new Point(1, 2), 10);String result = switch (shape) {case Point(int x, int y) -> "这是一个点: (" + x + ", " + y + ")";case Circle(Point(int x, int y), int r) -> "圆心: (" + x + ", " + y + "), 半径: " + r;default -> "未知图形";};System.out.println(result);}
}

✅ 特性优点

特性	说明
自动解构	自动提取 record 字段，无需手动调用 getter
类型安全	编译器自动检查字段类型与个数
与 switch 搭配	模式匹配 + 结构化控制流程，更清晰

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✅ 小结

JDK 21 在并发模型、语言语法、集合框架等方面持续演进，为开发者带来了更强的表达能力与更高的运行效率。

特性	适用场景
虚拟线程	高并发服务、阻塞模型重构
结构化并发	统一异步任务管理，提升代码可维护性
ScopedValue	替代 ThreadLocal，虚拟线程上下文传递
String Templates	更安全的字符串构造，适合动态 HTML/SQL
Sequenced Collections	顺序敏感的数据处理，如缓存、日志队列等
Record Patterns	面向数据的逻辑控制，减少样板代码，提高可读性

升级 JDK 21 可以让你用上更现代、更简洁的 Java 编程范式。