Java 11 LTS特性

清峰大约 9 分钟

Java 11 LTS特性

概述

Java 11是Oracle于2018年9月发布的长期支持(LTS)版本，作为Java 8之后的第二个LTS版本，它带来了多项重要更新。Java 11不仅整合了Java 9和Java 10的特性，还引入了新的API和性能优化，同时移除了一些过时的功能。本章节将详细介绍Java 11的核心特性及其在实际开发中的应用。

知识要点

1. 语言增强

1.1 局部变量类型推断增强

Java 10引入了var关键字用于局部变量类型推断，Java 11进一步扩展了其使用范围，允许在Lambda表达式的参数中使用var。

// Java 10及之前：只能在局部变量声明中使用var
var message = "Hello Java 10";

// Java 11新增：Lambda参数中使用var
Predicate<String> predicate = (var s) -> s.length() > 5;

// 带注解的Lambda参数
Predicate<String> annotatedPredicate = (@NonNull var s) -> s.length() > 5;

使用var的好处：

减少样板代码，提高可读性
便于后续重构变量类型
保持类型安全，编译器仍会进行类型检查

1.2 Lambda参数的var支持

Java 11允许在Lambda表达式的参数中使用var，这使得可以为Lambda参数添加注解：

// 带多个注解的Lambda参数
List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
names.forEach((@NonNull var name) -> {
    System.out.println("Hello, " + name);
});

// 复杂场景下的类型推断
BiFunction<Integer, String, Boolean> biFunction = (@Nullable var i, @NonNull var s) -> {
    return s.length() > i;
};

2. API更新

2.1 HTTP客户端API (Standard)

Java 11将Java 9中引入的孵化阶段的HTTP客户端正式标准化，位于java.net.http包下。这个新的HTTP客户端支持HTTP/2和WebSocket，提供了同步和异步两种编程模型。

同步请求示例：

import java.net.URI;
import java.net.http.HttpClient;
import java.net.http.HttpRequest;
import java.net.http.HttpResponse;
import java.util.concurrent.ExecutionException;

public class HttpClientExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建HTTP客户端
        HttpClient client = HttpClient.newHttpClient();
        
        // 创建HTTP请求
        HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
                .uri(URI.create("https://api.example.com/data"))
                .header("Content-Type", "application/json")
                .GET()
                .build();
        
        // 发送同步请求
        HttpResponse<String> response = client.send(
                request,
                HttpResponse.BodyHandlers.ofString()
        );
        
        // 处理响应
        System.out.println("状态码: " + response.statusCode());
        System.out.println("响应体: " + response.body());
    }
}

异步请求示例：

// 发送异步请求
client.sendAsync(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString())
      .thenApply(HttpResponse::body)
      .thenAccept(System.out::println)
      .join();

POST请求示例：

String requestBody = "{\"name\": \"Java 11\"}";

HttpRequest postRequest = HttpRequest.newBuilder()
        .uri(URI.create("https://api.example.com/data"))
        .header("Content-Type", "application/json")
        .POST(HttpRequest.BodyPublishers.ofString(requestBody))
        .build();

HttpResponse<String> postResponse = client.send(postRequest, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());

新HTTP客户端相比传统的HttpURLConnection具有以下优势：

支持HTTP/2和WebSocket
提供简洁的API和函数式编程接口
支持异步非阻塞操作
内置连接池和超时设置

2.2 字符串增强方法

Java 11为String类添加了多个实用方法：

// 判断字符串是否为空白（空白包括空格、制表符、换行符等）
String blankStr = "   \t\n";
boolean isBlank = blankStr.isBlank(); // true

// 去除字符串首尾空白（类似trim()，但支持Unicode空白字符）
String str = "  Hello Java 11  ";
String stripped = str.strip(); // "Hello Java 11"
String strippedLeft = str.stripLeading(); // "Hello Java 11  "
String strippedRight = str.stripTrailing(); // "  Hello Java 11"

// 将字符串转换为Stream流
String multiLineStr = "Line 1\nLine 2\nLine 3";
Stream<String> lines = multiLineStr.lines();
List<String> lineList = lines.collect(Collectors.toList()); // ["Line 1", "Line 2", "Line 3"]

// 重复字符串n次
String repeated = "Java".repeat(3); // "JavaJavaJava"

2.3 集合增强

Java 11为集合接口添加了toArray(IntFunction<T[]>)默认方法，使集合转换为数组更加方便：

List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c");

// 传统方式
String[] array1 = list.toArray(new String[0]);

// Java 11新方式
String[] array2 = list.toArray(String[]::new);

2.4 Optional增强

Optional类新增了isEmpty()方法，用于判断值是否为空，与isPresent()方法互补：

Optional<String> optional = Optional.empty();

// 传统方式
if (!optional.isPresent()) {
    System.out.println("值为空");
}

// Java 11新方式
if (optional.isEmpty()) {
    System.out.println("值为空");
}

3. 性能优化

3.1 ZGC (Z Garbage Collector)

Java 11引入了实验性的ZGC（Z垃圾收集器），这是一个低延迟垃圾收集器，旨在实现以下目标：

亚毫秒级暂停时间
支持TB级堆大小
对应用吞吐量影响小
简化GC调优

启用ZGC的方法：

java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC -jar application.jar

ZGC的工作原理：

并发标记-整理算法
使用着色指针和读屏障技术
不分代设计
并发压缩，不停止应用线程

3.2 Epsilon垃圾收集器

Epsilon是一个"无操作"垃圾收集器，它只分配内存但不回收内存，适用于以下场景：

性能测试和基准测试
短期任务
内存压力测试
确定应用的内存需求

启用Epsilon的方法：

java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseEpsilonGC -jar application.jar

4. 工具改进

4.1 单文件程序启动

Java 11允许直接运行单个.java文件，无需先编译：

// HelloWorld.java
public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, Java 11!");
    }
}

直接运行：

java HelloWorld.java

对于包含多个类的单文件程序，也可以直接运行：

// MultiClass.java
public class MultiClass {
    public static void main(String[] args) {
        Helper helper = new Helper();
        helper.sayHello();
    }
}

class Helper {
    void sayHello() {
        System.out.println("Hello from Helper!");
    }
}

直接运行：

java MultiClass.java

4.2 飞行记录器 (JFR)

Java飞行记录器(JFR)最初是Oracle JDK的商业特性，Java 11将其开源并包含在OpenJDK中。JFR是一个低开销的事件收集框架，用于诊断Java应用程序。

启用JFR的方法：

# 启动应用并开始记录
java -XX:StartFlightRecording=duration=60s,filename=recording.jfr -jar application.jar

# 从正在运行的JVM中 dump 记录
jcmd <pid> JFR.dump filename=recording.jfr

# 查看记录文件
jfr view recording.jfr

5. 安全增强

5.1 TLS 1.3支持

Java 11添加了对TLS 1.3的支持，相比之前的TLS版本，TLS 1.3提供了：

更快的握手过程（减少往返次数）
更强的安全性
简化的密码套件

5.2 移除不安全的加密算法

Java 11移除了以下不安全的加密算法：

MD5消息摘要算法
SHA-1证书指纹
RC4流密码
DES和3DES块密码

更强的封装性
更小的运行时镜像（jlink工具）
改进的依赖管理
更好的安全性

反射访问受限：模块化系统限制了对私有成员的反射访问
服务加载变化：使用ServiceLoader加载服务时需要在module-info.java中声明
依赖管理：需要显式声明模块依赖

解决方法：

// module-info.java示例
module com.example.app {
    requires java.net.http; // 声明依赖
    requires com.google.guava;
    exports com.example.app.api; // 导出公共API
    provides com.example.service.SomeService with com.example.impl.SomeServiceImpl; // 提供服务实现
}

（2）HTTP客户端的异常处理

新的HTTP客户端在处理异步请求时，异常处理需要特别注意：

// 错误示例：未处理异常
client.sendAsync(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString())
      .thenApply(HttpResponse::body)
      .thenAccept(System.out::println);

// 正确示例：处理异常
client.sendAsync(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString())
      .thenApply(HttpResponse::body)
      .thenAccept(System.out::println)
      .exceptionally(ex -> {
          System.err.println("请求失败: " + ex.getMessage());
          return null;
      });

（3）ZGC的使用注意事项

虽然ZGC具有低延迟特性，但在使用时仍需注意：

ZGC在Java 11中是实验性特性，需要解锁才能使用
ZGC的内存占用较大，通常需要更大的堆空间
对于小型应用，ZGC的优势可能不明显

3. 深度思考题

思考题1：Java 11的HTTP客户端相比第三方库（如OkHttp、Apache HttpClient）有哪些优势和不足？

回答：Java 11的HTTP客户端相比第三方库有以下优势和不足：

优势：

标准API：作为JDK的一部分，无需额外依赖
与Java生态深度整合：支持Lambda、Stream、CompletableFuture等Java特性
长期支持：由Oracle和OpenJDK社区维护，与Java版本同步更新
原生支持HTTP/2和WebSocket：无需额外配置

不足：

功能相对基础：相比成熟的第三方库，高级功能较少
生态不够丰富：第三方库有更多的插件和扩展
性能差距：在某些场景下性能可能不如专门优化的第三方库
学习曲线：对于习惯了第三方库的开发者，需要适应新的API风格

在选择时，如果项目已经使用了第三方HTTP客户端且工作良好，可以继续使用；如果是新项目或希望减少依赖，Java 11的HTTP客户端是一个不错的选择。

思考题2：如何利用Java 11的特性优化现有Java应用？

回答：可以从以下几个方面利用Java 11特性优化现有应用：

替换老旧API：
- 使用新的HTTP客户端替换HttpURLConnection或老旧的第三方库
- 使用String增强方法简化字符串处理代码
- 使用Optional.isEmpty()使代码更易读
性能优化：
- 对低延迟要求高的应用，尝试使用ZGC
- 使用var关键字减少样板代码，提高可读性
- 利用集合的toArray(String[]::new)简化数组转换
模块化改造：
- 将大型应用拆分为模块，减少内存占用
- 使用jlink创建自定义运行时镜像，减小部署包体积
开发效率提升：
- 使用单文件程序启动简化小型工具和脚本的开发
- 利用JFR进行性能分析和问题诊断
安全性增强：
- 升级到TLS 1.3提高网络传输安全性
- 移除对不安全加密算法的依赖

通过逐步应用这些特性，可以在保持应用稳定性的同时，充分利用Java 11带来的优势。

Java 11 LTS特性

Java 11 LTS特性

概述

知识要点

1. 语言增强

1.1 局部变量类型推断增强

1.2 Lambda参数的var支持

2. API更新

2.1 HTTP客户端API (Standard)

2.2 字符串增强方法

2.3 集合增强

2.4 Optional增强

3. 性能优化

3.1 ZGC (Z Garbage Collector)

3.2 Epsilon垃圾收集器

4. 工具改进

4.1 单文件程序启动

4.2 飞行记录器 (JFR)

5. 安全增强

5.1 TLS 1.3支持

5.2 移除不安全的加密算法

知识扩展

1. 设计思想

（1）模块化系统的成熟

（2）性能与可用性的平衡

（3）标准化与生态整合

2. 避坑指南

（1）模块化迁移问题

（2）HTTP客户端的异常处理

（3）ZGC的使用注意事项

3. 深度思考题

思考题1：Java 11的HTTP客户端相比第三方库（如OkHttp、Apache HttpClient）有哪些优势和不足？

思考题2：如何利用Java 11的特性优化现有Java应用？