JDK 1.8 到JDK21的重大差异和优化

前言

Java作为最流行的编程语言之一，在过去十年中经历了巨大的发展。从JDK 1.8发布以来，Oracle和其他贡献者持续为Java平台带来创新和改进。本文将详细介绍从JDK 1.8到最新版本（JDK 21）的一些重大变化和优化，帮助开发者了解Java的发展历程和未来趋势。

JDK 1.8 的里程碑特性

JDK 1.8（也称为Java 8）是Java历史上最重要的版本之一，引入了许多革命性的特性：

Lambda 表达式

Lambda表达式使Java具备了函数式编程的能力，大大简化了代码编写：

// Java 8之前
List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
Collections.sort(names, new Comparator<String>() {
    @Override
    public int compare(String a, String b) {
        return a.compareTo(b);
    }
});

// Java 8之后
List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
names.sort((a, b) -> a.compareTo(b));

Stream API

Stream API提供了处理集合数据的新方式：

List<String> names = people.stream()
    .filter(person -> person.getAge() > 18)
    .map(Person::getName)
    .collect(Collectors.toList());

新的日期时间API

取代了旧的Date和Calendar类：

LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
LocalDate tomorrow = LocalDate.now().plusDays(1);

后续版本的重大变化

JDK 9 - 模块化系统（Project Jigsaw）

JDK 9引入了Java平台模块系统（JPMS），这是Java历史上最具争议但也最重要的变化之一：

module my.module {
    requires java.base;
    requires java.logging;
    exports com.mycompany.mypackage;
}

模块化系统带来的好处：

更强的封装性
明确的依赖关系
更小的运行时镜像
提高安全性

JDK 10 - 局部变量类型推断

引入var关键字简化局部变量声明：

// JDK 10之前
List<String> names = new ArrayList<String>();

// JDK 10之后
var names = new ArrayList<String>();

JDK 11 - 长期支持版本

JDK 11是继JDK 8之后的第一个长期支持（LTS）版本，引入了一些实用特性：

HTTP Client标准化

HttpClient client = HttpClient.newHttpClient();
HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
    .uri(URI.create("https://example.com"))
    .build();
HttpResponse<String> response = client.send(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());

字符串增强方法

" ".isBlank();        // true
"Java".repeat(3);     // "JavaJavaJava"
" Java ".strip();     // "Java"

JDK 12-16 的重要更新

Switch Expressions（JDK 12预览，JDK 14正式）

// 传统switch
String result;
switch (day) {
    case MONDAY:
    case FRIDAY:
    case SUNDAY:
        result = "6 AM";
        break;
    case TUESDAY:
        result = "7 AM";
        break;
    default:
        result = "8 AM";
}

// 新的switch表达式
String result = switch (day) {
    case MONDAY, FRIDAY, SUNDAY -> "6 AM";
    case TUESDAY                -> "7 AM";
    default                     -> "8 AM";
};

Text Blocks（JDK 13预览，JDK 15正式）

String html = """
    <html>
        <body>
            <p>Hello, world</p>
        </body>
    </html>
    """;

Records（JDK 14预览，JDK 16正式）

public record Person(String name, int age) {
    // 自动生成构造函数、getter、equals、hashCode和toString
}

JDK 17 - 最新的LTS版本

JDK 17于2021年9月发布，是目前最新的长期支持版本：

Sealed Classes（密封类）

public abstract sealed class Shape
    permits Circle, Rectangle, Square { }

public final class Circle extends Shape { }
public final class Rectangle extends Shape { }
public final class Square extends Shape { }

Pattern Matching for instanceof（JDK 14预览，JDK 16正式）

// 以前的写法
if (obj instanceof String) {
    String str = (String) obj;
    System.out.println(str.length());
}

// 新的写法
if (obj instanceof String str) {
    System.out.println(str.length());
}

JDK 21 - 最新特性

JDK 21于2023年9月发布，带来了几个重要的预览特性：

Virtual Threads（虚拟线程）

虚拟线程是Java并发模型的重大革新，极大地简化了高并发应用的开发：

try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    IntStream.range(0, 10_000).forEach(i -> {
        executor.submit(() -> {
            // 每个任务都在自己的虚拟线程中运行
            Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
            System.out.println("Task " + i + " completed");
        });
    });
}
// 所有任务并发执行，但只需少量平台线程

Sequenced Collections（序列化集合）

为Collection层次结构添加了新的接口和方法：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.addFirst("first");
list.addLast("last");
String first = list.getFirst();
String last = list.getLast();

Record Patterns（记录模式）

增强了模式匹配能力：

record Point(int x, int y) {}

void printPoint(Object obj) {
    if (obj instanceof Point(int x, int y)) {
        System.out.println("Point: (" + x + ", " + y + ")");
    }
}

JVM层面的重大优化

GraalVM

GraalVM是一个高性能的JVM实现，支持多语言运行和原生镜像生成：

# 生成原生镜像
native-image -jar myapp.jar

ZGC 和 Shenandoah GC

新一代垃圾收集器，提供极低的暂停时间：

# 启用ZGC
java -XX:+UseZGC MyApp

启动时间和内存占用优化

每个版本都在启动时间和内存占用方面有所改善，特别是在微服务和容器化环境中表现明显。

性能改进总结

版本	主要性能改进
JDK 9	G1成为默认GC，字符串内部表示优化
JDK 10	局部变量类型推断减少样板代码
JDK 11	HTTP/2客户端，飞行记录器（Flight Recorder）开源
JDK 12	Shenandoah GC（实验性）
JDK 13	ZGC改进，Socket API重新实现
JDK 14	NUMA内存感知，G1 NUMA感知
JDK 15	ZGC产品化，Shenandoah GC产品化
JDK 16	ZGC并发栈遍历，弹性元空间
JDK 17	应用程序类数据共享（AppCDS）增强
JDK 18	默认UTF-8编码，简单Web服务器
JDK 19	虚拟线程（预览），结构化并发（预览）
JDK 20	虚拟线程（第二次预览），scoped values（预览）
JDK 21	虚拟线程正式发布，序列化集合

迁移建议

从JDK 8迁移到新版本

逐步升级：先升级到JDK 11或JDK 17 LTS版本
检查废弃API：关注被标记为deprecated的API
模块化适配：如果使用模块系统，需要适配JPMS
依赖更新：确保第三方库兼容新版本JDK

关键注意事项

向后兼容性：Java保持很强的向后兼容性，大部分应用可以直接运行在新版本上
性能调优：新版本可能需要重新调优JVM参数
安全更新：定期升级到最新补丁版本以获得安全修复

未来发展趋势

Project Loom

虚拟线程只是Project Loom的一部分，未来还将包括：

结构化并发
Scoped Values
Continuations

Project Panama

旨在改善Java与本地代码的互操作性：

Foreign Function & Memory API
Vector API

Project Valhalla

专注于值类型和泛型特化，进一步提高性能。

总结

从JDK 1.8到最新版本，Java经历了显著的演进：

语言层面：函数式编程、模块化、模式匹配等现代化特性
JVM层面：垃圾收集器改进、启动性能优化、内存管理增强
生态系统：工具链完善、微服务支持、云原生适配

对于开发者而言，及时跟进Java的新特性和最佳实践，可以显著提升开发效率和应用性能。建议企业根据自身情况制定合理的升级计划，充分利用Java平台的最新成果。

选择合适的JDK版本也很重要：

如果追求稳定性，选择LTS版本（JDK 8、11、17、21）
如果希望尝试最新特性，可以选择最新的GA版本
在生产环境中，充分测试后再进行升级