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Java25新特性教程 - JEP 507/511/512/513/506等完整指南

Java突击队大约 21 分钟

Java25新特性教程 - 从零开始学习Java25核心特性

目录

  1. Java25简介
  2. 模式匹配支持原始类型（JEP 507）
  3. 模块导入声明（JEP 511）
  4. 紧凑源文件与实例主方法（JEP 512）
  5. 灵活的构造函数体（JEP 513）
  6. 作用域值（JEP 506）
  7. 紧凑对象头（JEP 519）
  8. 分代Shenandoah GC（JEP 521）
  9. 实际应用案例
  10. 迁移指南
  11. 总结与最佳实践

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1. Java25简介

Java 25于2025年9月16日正式发布，作为长期支持（LTS）版本，这是继Java 21之后的又一个重要里程碑。Java 25带来了多项重要的语言增强、编译器改进和运行时优化，旨在提升开发效率、优化性能，并增强语言的表达能力。

主要特性列表：

  • ✅ JEP 507：模式匹配支持原始类型 - 简化类型检查和转换

  • ✅ JEP 511：模块导入声明 - 提升模块化编程体验

  • ✅ JEP 512：紧凑源文件与实例主方法 - 降低学习门槛

  • ✅ JEP 513：灵活的构造函数体 - 增强构造函数表达能力

  • ✅ JEP 506：作用域值 - 替代ThreadLocal的现代方案

  • ✅ JEP 519：紧凑对象头 - 降低内存占用

  • ✅ JEP 521：分代Shenandoah GC - 优化垃圾回收性能

  • LTS版本：长期支持版本，适合生产环境

  • 性能提升：多项性能优化特性

  • 开发效率：简化代码，提升开发体验

  • 现代化：跟上Java语言发展趋势

  • 面试加分：掌握最新特性，提升竞争力

  • JDK版本：JDK 25或更高版本

  • IDE：IntelliJ IDEA 2024.3+、Eclipse 2024-12+等

验证Java版本：

java -version
# 应该显示 java version "25" 或更高
javac -version
# 应该显示 javac 25

学习本教程前，建议掌握：

  • Java基础语法
  • 面向对象编程
  • Java模块系统（Java 9+）
  • 模式匹配基础（Java 16+）
  • 虚拟线程（Java 21+）

2. 模式匹配支持原始类型（JEP 507）

模式匹配是Java中用于检查对象类型并提取值的功能。在Java 25之前，模式匹配主要支持引用类型，现在扩展到了原始类型（primitive types）。

Java 25之前的问题：

// 传统方式：需要手动拆箱和类型转换
public static void processValue(Object obj) {
    if (obj instanceof Integer) {
        Integer i = (Integer) obj;
        int value = i.intValue();
        System.out.println("Integer: " + value);
    } else if (obj instanceof Double) {
        Double d = (Double) obj;
        double value = d.doubleValue();
        System.out.println("Double: " + value);
    }
}

Java 25的改进：

// 直接支持原始类型模式匹配
public static void processValue(Object obj) {
    if (obj instanceof int i) {
        System.out.println("Integer: " + i);
    } else if (obj instanceof double d) {
        System.out.println("Double: " + d);
    }
}

基本语法

// 语法：obj instanceof 原始类型 变量名
if (obj instanceof int i) {
    // 可以直接使用变量i，类型为int
    System.out.println("是int类型，值为: " + i);
}

完整示例

public class PatternMatchingPrimitives {
    
    public static void testInstanceof(Object obj) {
        if (obj instanceof int i) {
            System.out.println("It's an int: " + i);
            // 可以直接进行数学运算
            System.out.println("Double value: " + (i * 2.0));
        } else if (obj instanceof double d) {
            System.out.println("It's a double: " + d);
            System.out.println("Square: " + (d * d));
        } else if (obj instanceof boolean b) {
            System.out.println("It's a boolean: " + b);
            System.out.println("Negated: " + !b);
        } else if (obj instanceof char c) {
            System.out.println("It's a char: " + c);
            System.out.println("Uppercase: " + Character.toUpperCase(c));
        } else {
            System.out.println("Unknown primitive type");
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        testInstanceof(42);           // It's an int: 42
        testInstanceof(3.14);         // It's a double: 3.14
        testInstanceof(true);         // It's a boolean: true
        testInstanceof('A');          // It's a char: A
        testInstanceof("Hello");      // Unknown primitive type
    }
}

支持的原始类型

Java 25支持所有原始类型的模式匹配：

public class AllPrimitiveTypes {
    public static void matchAllPrimitives(Object obj) {
        if (obj instanceof byte b) {
            System.out.println("byte: " + b);
        } else if (obj instanceof short s) {
            System.out.println("short: " + s);
        } else if (obj instanceof int i) {
            System.out.println("int: " + i);
        } else if (obj instanceof long l) {
            System.out.println("long: " + l);
        } else if (obj instanceof float f) {
            System.out.println("float: " + f);
        } else if (obj instanceof double d) {
            System.out.println("double: " + d);
        } else if (obj instanceof char c) {
            System.out.println("char: " + c);
        } else if (obj instanceof boolean b) {
            System.out.println("boolean: " + b);
        }
    }
}

switch表达式中的原始类型

public class SwitchPatternMatching {
    
    public static String describeValue(Object obj) {
        return switch (obj) {
            case int i -> "整数: " + i;
            case double d -> "浮点数: " + d;
            case boolean b -> "布尔值: " + b;
            case char c -> "字符: " + c;
            case String s -> "字符串: " + s;
            default -> "未知类型";
        };
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(describeValue(42));      // 整数: 42
        System.out.println(describeValue(3.14));   // 浮点数: 3.14
        System.out.println(describeValue(true));    // 布尔值: true
        System.out.println(describeValue('A'));      // 字符: A
        System.out.println(describeValue("Hello")); // 字符串: Hello
    }
}

模式匹配与守卫条件

public class PatternWithGuard {
    
    public static String processNumber(Object obj) {
        return switch (obj) {
            case int i when i > 0 -> "正整数: " + i;
            case int i when i < 0 -> "负整数: " + i;
            case int i -> "零";
            case double d when d > 100 -> "大数: " + d;
            case double d -> "小数: " + d;
            default -> "不是数字";
        };
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(processNumber(42));    // 正整数: 42
        System.out.println(processNumber(-10));   // 负整数: -10
        System.out.println(processNumber(0));      // 零
        System.out.println(processNumber(150.5)); // 大数: 150.5
        System.out.println(processNumber(50.5));  // 小数: 50.5
    }
}

场景1：数值类型处理

public class NumberProcessor {
    
    public static double calculateSquare(Object number) {
        return switch (number) {
            case int i -> i * i;
            case long l -> l * l;
            case float f -> f * f;
            case double d -> d * d;
            default -> throw new IllegalArgumentException("不是数字类型");
        };
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(calculateSquare(5));      // 25.0
        System.out.println(calculateSquare(3.14));    // 9.8596
    }
}

场景2：类型安全的API设计

public class TypeSafeAPI {
    
    public static void process(Object value) {
        if (value instanceof int i) {
            processInt(i);
        } else if (value instanceof double d) {
            processDouble(d);
        } else if (value instanceof String s) {
            processString(s);
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("不支持的类型");
        }
    }
    
    private static void processInt(int value) {
        System.out.println("处理整数: " + value);
    }
    
    private static void processDouble(double value) {
        System.out.println("处理浮点数: " + value);
    }
    
    private static void processString(String value) {
        System.out.println("处理字符串: " + value);
    }
}

模式匹配在编译时进行优化，性能与传统的instanceof检查相当，但代码更简洁：

// 性能对比
public class PerformanceComparison {
    
    // 传统方式
    public static void traditionalWay(Object obj) {
        if (obj instanceof Integer) {
            Integer i = (Integer) obj;
            int value = i.intValue();
            // 使用value
        }
    }
    
    // Java 25方式（性能相同，代码更简洁）
    public static void java25Way(Object obj) {
        if (obj instanceof int i) {
            // 直接使用i
        }
    }
}

3. 模块导入声明（JEP 511）

JEP 511引入了模块导入声明（Module Import Declarations），允许在Java源文件中直接声明模块依赖，而不必完全依赖module-info.java文件。

传统方式的问题：

// 只能在module-info.java中声明模块依赖
module com.example.app {
    requires java.base;
    requires java.sql;
    exports com.example.app;
}

Java 25的改进：

// 可以在源文件中直接导入模块
import module java.base;
import module java.sql;

package com.example.app;

public class App {
    // 使用模块中的类
}

模块导入语法

// 语法：import module 模块名;
import module java.base;
import module java.sql;
import module java.desktop;

完整示例

// App.java
import module java.base;
import module java.sql;
import module java.util.logging;

package com.example.app;

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.util.logging.Logger;

public class DatabaseApp {
    private static final Logger logger = Logger.getLogger(DatabaseApp.class.getName());
    
    public static void main(String[] args) {
        logger.info("应用程序启动");
        // 使用SQL模块的功能
        try {
            Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:sqlite:test.db");
            logger.info("数据库连接成功");
        } catch (Exception e) {
            logger.severe("数据库连接失败: " + e.getMessage());
        }
    }
}

文件级作用域

// 模块导入只对当前文件有效
// File1.java
import module java.sql;

package com.example;

public class File1 {
    // 可以使用java.sql模块
}

// File2.java
package com.example;

public class File2 {
    // 不能使用java.sql模块（除非在module-info.java中声明）
}

与module-info.java的关系

// module-info.java仍然是最权威的模块声明
module com.example.app {
    requires java.base;
    requires java.sql;
    // 源文件中的import module是补充，不能覆盖module-info.java
}

场景1：快速原型开发

// 快速测试时，不需要创建module-info.java
import module java.base;
import module java.net.http;

package com.example;

import java.net.http.HttpClient;
import java.net.http.HttpRequest;
import java.net.http.HttpResponse;

public class QuickHttpTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        HttpClient client = HttpClient.newHttpClient();
        HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
            .uri(java.net.URI.create("https://api.example.com"))
            .build();
        HttpResponse<String> response = client.send(request, 
            HttpResponse.BodyHandlers.ofString());
        System.out.println(response.body());
    }
}

场景2：单文件程序

// SingleFileApp.java - 可以独立运行
import module java.base;
import module java.util;

package com.example;

import java.util.List;
import java.util.ArrayList;

public class SingleFileApp {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Hello");
        list.add("Java 25");
        list.forEach(System.out::println);
    }
}
  1. 生产环境：仍然使用module-info.java进行模块管理
  2. 快速开发：可以使用import module简化单文件程序
  3. 避免冲突：注意模块之间的依赖关系
  4. 文档说明：在团队中明确使用规范

4. 紧凑源文件与实例主方法（JEP 512）

JEP 512引入了紧凑源文件（Compact Source Files）和实例主方法（Instance Main Methods），允许编写无需显式类声明的Java程序。

传统方式的问题：

// 即使是简单的程序，也需要完整的类声明
public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World");
    }
}

Java 25的改进：

// 可以直接编写代码，无需类声明
void main() {
    System.out.println("Hello World");
}

基本语法

// 最简单的Java程序
void main() {
    System.out.println("Hello from Java 25!");
}

实例主方法

// 实例主方法 - 可以访问实例变量和方法
String message = "Hello World";

void main() {
    System.out.println(message);
    greet();
}

void greet() {
    System.out.println("Greetings!");
}

静态主方法

// 仍然支持传统的静态主方法
static void main(String[] args) {
    System.out.println("Static main method");
}

示例1：简单计算器

// Calculator.java
void main() {
    int a = 10;
    int b = 5;
    
    System.out.println("加法: " + add(a, b));
    System.out.println("减法: " + subtract(a, b));
    System.out.println("乘法: " + multiply(a, b));
    System.out.println("除法: " + divide(a, b));
}

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int subtract(int a, int b) {
    return a - b;
}

int multiply(int a, int b) {
    return a * b;
}

double divide(int a, int b) {
    return (double) a / b;
}

示例2：数据处理

// DataProcessor.java
import java.util.*;

void main() {
    List<String> names = List.of("Alice", "Bob", "Charlie");
    
    names.stream()
        .filter(name -> name.length() > 3)
        .map(String::toUpperCase)
        .forEach(System.out::println);
}

示例3：文件操作

// FileReader.java
import java.nio.file.*;

void main() throws Exception {
    String content = Files.readString(Path.of("data.txt"));
    System.out.println(content);
    
    Files.writeString(Path.of("output.txt"), 
        "Processed: " + content.length() + " characters");
}

隐式类

紧凑源文件中的代码实际上属于一个隐式类：

// 编译器会自动创建一个类
// 相当于：
// public class FileName {
//     void main() { ... }
// }

显式类声明

如果需要，仍然可以显式声明类：

public class MyApp {
    void main() {
        System.out.println("Explicit class");
    }
}

场景1：教学和演示

// 非常适合教学，降低学习门槛
void main() {
    System.out.println("欢迎学习Java 25!");
    demonstrateFeatures();
}

void demonstrateFeatures() {
    System.out.println("这是实例主方法示例");
}

场景2：快速脚本

// 快速处理数据的脚本
import java.util.stream.*;

void main() {
    IntStream.range(1, 10)
        .filter(n -> n % 2 == 0)
        .forEach(System.out::println);
}

场景3：测试代码

// 快速测试某个功能
void main() {
    testLambda();
    testStream();
}

void testLambda() {
    Runnable r = () -> System.out.println("Lambda works!");
    r.run();
}

void testStream() {
    List.of(1, 2, 3).forEach(System.out::println);
}
# 编译紧凑源文件
javac CompactFile.java

# 运行（自动查找main方法）
java CompactFile

# 或者指定主类
java -cp . CompactFile

5. 灵活的构造函数体（JEP 513）

JEP 513允许在构造函数中，在调用super()或this()之前执行代码逻辑，这使得参数验证和初始化逻辑可以在构造函数中更自然地表达。

Java 25之前的问题：

public class Employee extends Person {
    private final String name;
    
    public Employee(String name, int age) {
        // 错误！必须先调用super()
        if (age < 18) {
            throw new IllegalArgumentException("年龄必须大于18");
        }
        super(age);  // 必须在第一行
        this.name = name;
    }
}

Java 25的改进：

public class Employee extends Person {
    private final String name;
    
    public Employee(String name, int age) {
        // 现在可以在super()之前执行代码
        if (age < 18 || age > 67) {
            throw new IllegalArgumentException("年龄必须在18-67之间");
        }
        super(age);  // 可以在验证之后调用
        this.name = name;
    }
}

前置代码块

public class FlexibleConstructor {
    private final int value;
    
    public FlexibleConstructor(int value) {
        // 前置代码：验证和初始化
        if (value < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("值必须非负");
        }
        
        // 调用this()或super()
        this.value = value;
    }
}

完整示例

public class Person {
    protected int age;
    
    public Person(int age) {
        this.age = age;
    }
}

public class Employee extends Person {
    private final String name;
    private final String department;
    
    public Employee(String name, int age, String department) {
        // 前置验证
        if (name == null || name.trim().isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("姓名不能为空");
        }
        if (age < 18 || age > 67) {
            throw new IllegalArgumentException("年龄必须在18-67之间");
        }
        if (department == null || department.trim().isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("部门不能为空");
        }
        
        // 调用父类构造函数
        super(age);
        
        // 初始化实例变量
        this.name = name.trim();
        this.department = department.trim();
    }
    
    public String getName() {
        return name;
    }
    
    public String getDepartment() {
        return department;
    }
}

场景1：参数验证

public class BankAccount {
    private final String accountNumber;
    private final double initialBalance;
    
    public BankAccount(String accountNumber, double initialBalance) {
        // 验证账户号格式
        if (accountNumber == null || accountNumber.length() != 16) {
            throw new IllegalArgumentException("账户号必须是16位数字");
        }
        if (!accountNumber.matches("\\d{16}")) {
            throw new IllegalArgumentException("账户号只能包含数字");
        }
        
        // 验证初始余额
        if (initialBalance < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("初始余额不能为负");
        }
        
        // 初始化
        this.accountNumber = accountNumber;
        this.initialBalance = initialBalance;
    }
}

场景2：复杂初始化

public class DatabaseConnection {
    private final String url;
    private final String username;
    private final String password;
    private final Connection connection;
    
    public DatabaseConnection(String url, String username, String password) {
        // 验证参数
        if (url == null || url.trim().isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("URL不能为空");
        }
        if (username == null || username.trim().isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("用户名不能为空");
        }
        
        // 初始化字段
        this.url = url.trim();
        this.username = username;
        this.password = password;
        
        // 建立连接
        try {
            this.connection = DriverManager.getConnection(url, username, password);
        } catch (SQLException e) {
            throw new RuntimeException("数据库连接失败", e);
        }
    }
}

场景3：条件初始化

public class ConfigurableService {
    private final String mode;
    private final int timeout;
    
    public ConfigurableService(String mode, int timeout) {
        // 根据模式设置默认值
        if (mode == null || mode.isEmpty()) {
            this.mode = "default";
        } else {
            this.mode = mode;
        }
        
        // 验证并设置超时
        if (timeout <= 0) {
            this.timeout = 5000; // 默认5秒
        } else {
            this.timeout = timeout;
        }
        
        // 初始化完成
        initialize();
    }
    
    private void initialize() {
        System.out.println("服务初始化: mode=" + mode + ", timeout=" + timeout);
    }
}
public class Rectangle {
    private final int width;
    private final int height;
    
    // 无参构造函数
    public Rectangle() {
        this(10, 10);  // 调用另一个构造函数
    }
    
    // 单参数构造函数
    public Rectangle(int size) {
        // 验证
        if (size <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("尺寸必须大于0");
        }
        this(size, size);  // 调用主构造函数
    }
    
    // 主构造函数
    public Rectangle(int width, int height) {
        // 验证
        if (width <= 0 || height <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("宽度和高度必须大于0");
        }
        this.width = width;
        this.height = height;
    }
}
  1. 必须调用super()或this()：在构造函数结束前必须调用
  2. 不能访问实例字段：在super()/this()之前不能访问this
  3. 只能执行简单逻辑：避免复杂的副作用

6. 作用域值（JEP 506）

作用域值（Scoped Values）提供了一种在线程内和线程之间共享不可变数据的机制，是ThreadLocal的现代替代方案，特别适合虚拟线程（Virtual Threads）。

ThreadLocal的问题：

// ThreadLocal的问题：
// 1. 可变性：值可以被修改
// 2. 虚拟线程不友好：每个虚拟线程都有ThreadLocal副本
// 3. 内存泄漏风险：需要手动清理
ThreadLocal<String> userId = new ThreadLocal<>();
userId.set("user123");
// 可能被修改
userId.set("user456");

作用域值的优势：

// 作用域值：
// 1. 不可变：值一旦设置就不能修改
// 2. 虚拟线程友好：高效共享
// 3. 自动清理：作用域结束时自动清理
final static ScopedValue<String> USER_ID = ScopedValue.newInstance();
ScopedValue.where(USER_ID, "user123").run(() -> {
    // 在这个作用域内，USER_ID的值是"user123"，且不可修改
});

创建作用域值

import java.util.concurrent.StructuredTaskScope;
import java.util.concurrent.StructuredTaskScope.Subtask;

final static ScopedValue<String> USER_ID = ScopedValue.newInstance();
final static ScopedValue<Integer> REQUEST_ID = ScopedValue.newInstance();

设置和使用

public class ScopedValueExample {
    final static ScopedValue<String> USER_ID = ScopedValue.newInstance();
    
    public static void main(String[] args) {
        // 在作用域内设置值
        ScopedValue.where(USER_ID, "user123").run(() -> {
            // 获取值
            String userId = USER_ID.get();
            System.out.println("User ID: " + userId);
            
            // 调用其他方法，值会自动传递
            processRequest();
        });
        
        // 作用域外无法访问
        // String userId = USER_ID.get(); // 错误！
    }
    
    static void processRequest() {
        // 自动获取作用域值
        String userId = USER_ID.get();
        System.out.println("Processing request for: " + userId);
    }
}
public class NestedScopedValue {
    final static ScopedValue<String> USER_ID = ScopedValue.newInstance();
    final static ScopedValue<String> REQUEST_ID = ScopedValue.newInstance();
    
    public static void main(String[] args) {
        ScopedValue.where(USER_ID, "user123").run(() -> {
            System.out.println("外层: " + USER_ID.get());
            
            // 嵌套作用域
            ScopedValue.where(REQUEST_ID, "req456").run(() -> {
                System.out.println("内层用户: " + USER_ID.get());
                System.out.println("内层请求: " + REQUEST_ID.get());
            });
            
            // 回到外层作用域
            System.out.println("外层: " + USER_ID.get());
            // REQUEST_ID.get(); // 错误！不在作用域内
        });
    }
}
import java.util.concurrent.StructuredTaskScope;

public class VirtualThreadExample {
    final static ScopedValue<String> USER_ID = ScopedValue.newInstance();
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ScopedValue.where(USER_ID, "user123").run(() -> {
            try (var scope = new StructuredTaskScope<String>()) {
                // 创建虚拟线程，自动继承作用域值
                Subtask<String> task1 = scope.fork(() -> {
                    String userId = USER_ID.get();
                    return "Task 1 for " + userId;
                });
                
                Subtask<String> task2 = scope.fork(() -> {
                    String userId = USER_ID.get();
                    return "Task 2 for " + userId;
                });
                
                scope.join();
                System.out.println(task1.get());
                System.out.println(task2.get());
            }
        });
    }
}

场景1：Web请求上下文

public class WebRequestContext {
    final static ScopedValue<String> USER_ID = ScopedValue.newInstance();
    final static ScopedValue<String> REQUEST_ID = ScopedValue.newInstance();
    final static ScopedValue<String> IP_ADDRESS = ScopedValue.newInstance();
    
    public static void handleRequest(String userId, String requestId, String ip) {
        ScopedValue.where(USER_ID, userId)
            .where(REQUEST_ID, requestId)
            .where(IP_ADDRESS, ip)
            .run(() -> {
                processRequest();
                logRequest();
            });
    }
    
    static void processRequest() {
        String userId = USER_ID.get();
        String requestId = REQUEST_ID.get();
        // 处理请求...
    }
    
    static void logRequest() {
        String userId = USER_ID.get();
        String requestId = REQUEST_ID.get();
        String ip = IP_ADDRESS.get();
        // 记录日志...
    }
}

场景2：数据库事务上下文

public class TransactionContext {
    final static ScopedValue<Connection> DB_CONNECTION = ScopedValue.newInstance();
    final static ScopedValue<String> TRANSACTION_ID = ScopedValue.newInstance();
    
    public static <T> T executeInTransaction(Function<Connection, T> operation) {
        try (Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:...")) {
            conn.setAutoCommit(false);
            String txId = UUID.randomUUID().toString();
            
            return ScopedValue.where(DB_CONNECTION, conn)
                .where(TRANSACTION_ID, txId)
                .run(() -> {
                    try {
                        T result = operation.apply(conn);
                        conn.commit();
                        return result;
                    } catch (Exception e) {
                        conn.rollback();
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                });
        } catch (SQLException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    
    static void saveUser(User user) {
        Connection conn = DB_CONNECTION.get();
        String txId = TRANSACTION_ID.get();
        // 使用连接保存用户...
    }
}
特性ThreadLocalScopedValue
可变性可变不可变
虚拟线程不友好友好
内存管理手动清理自动清理
性能较好更好
使用场景传统线程现代并发

7. 紧凑对象头（JEP 519）

JEP 519引入了紧凑对象头（Compact Object Headers），减少了对象头的大小，从而降低了内存占用，提高了应用程序的性能。

传统对象头的问题：

  • 对象头占用内存较大（通常12-16字节）
  • 对于小对象，对象头占比高
  • 影响内存使用效率

紧凑对象头的优势：

  • 减少对象头大小（通常8字节）
  • 提高内存使用效率
  • 减少GC压力
  • 提升缓存局部性

对象头结构

// 传统对象头（64位JVM）
// Mark Word: 8字节
// Klass Pointer: 8字节（压缩后4字节）
// 数组长度（如果是数组）: 4字节
// 总计: 12-16字节

// 紧凑对象头
// 优化后的结构，减少到8字节

内存布局对比

public class MemoryLayoutExample {
    // 传统方式：对象头12字节 + 数据
    private int value;  // 4字节
    // 总计：16字节（对齐后）
    
    // 紧凑对象头：对象头8字节 + 数据
    // 总计：12字节（对齐后）
    // 节省：4字节（25%）
}

内存使用

// 创建100万个对象
public class MemoryUsage {
    public static void main(String[] args) {
        // 传统对象头：每个对象16字节
        // 100万对象 = 16MB
        
        // 紧凑对象头：每个对象12字节
        // 100万对象 = 12MB
        // 节省：4MB（25%）
        
        for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
            new SmallObject(i);
        }
    }
}

class SmallObject {
    private int value;
    
    public SmallObject(int value) {
        this.value = value;
    }
}

GC性能

// 紧凑对象头减少GC压力
// 1. 更少的内存占用 = 更少的GC工作
// 2. 更好的缓存局部性 = 更快的GC扫描
// 3. 更少的对象头 = 更快的对象分配
  1. 自动启用：Java 25默认启用，无需配置
  2. 小对象受益：小对象受益最大
  3. 性能监控：监控内存使用和GC性能
  4. 兼容性：完全向后兼容

8. 分代Shenandoah GC（JEP 521）

JEP 521为Shenandoah垃圾收集器引入了分代垃圾回收机制，进一步降低了垃圾回收的延迟，提高了应用程序的响应速度。

Shenandoah GC的特点：

  • 低延迟：暂停时间短
  • 并发标记和清理
  • 适合大堆内存

分代GC的优势：

  • 利用对象生命周期特性
  • 年轻代快速回收
  • 老年代较少回收
  • 进一步降低延迟

JVM参数

# 启用分代Shenandoah GC
java -XX:+UseShenandoahGC \
     -XX:+ShenandoahGCGenerational \
     YourApp

# 调整参数
java -XX:+UseShenandoahGC \
     -XX:+ShenandoahGCGenerational \
     -XX:ShenandoahGCMode=generational \
     -Xmx4g \
     YourApp

延迟优化

// 分代Shenandoah GC的延迟特点：
// 1. 年轻代回收：暂停时间 < 1ms
// 2. 老年代回收：并发执行，几乎无暂停
// 3. 整体延迟：比非分代版本降低30-50%

吞吐量

// 吞吐量影响：
// 1. 年轻代快速回收不影响吞吐量
// 2. 老年代并发回收对吞吐量影响小
// 3. 整体吞吐量：与非分代版本相当或更好
  1. 低延迟应用：实时系统、游戏服务器
  2. 大堆内存：需要处理大量数据
  3. 响应式应用：Web服务、API服务
  4. 交互式应用：桌面应用、GUI应用

GC日志

# 启用GC日志
java -XX:+UseShenandoahGC \
     -XX:+ShenandoahGCGenerational \
     -Xlog:gc*:file=gc.log \
     YourApp

性能监控

// 使用JMX监控GC
import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.lang.management.GarbageCollectorMXBean;

public class GCMonitor {
    public static void main(String[] args) {
        List<GarbageCollectorMXBean> gcBeans = 
            ManagementFactory.getGarbageCollectorMXBeans();
        
        for (GarbageCollectorMXBean bean : gcBeans) {
            System.out.println("GC Name: " + bean.getName());
            System.out.println("Collections: " + bean.getCollectionCount());
            System.out.println("Time: " + bean.getCollectionTime() + "ms");
        }
    }
}

9. 实际应用案例

// 使用Java 25新特性构建Web API
import module java.base;
import module java.net.http;

final static ScopedValue<String> USER_ID = ScopedValue.newInstance();
final static ScopedValue<String> REQUEST_ID = ScopedValue.newInstance();

void main() {
    // 处理HTTP请求
    handleRequest("user123", "req456");
}

void handleRequest(String userId, String requestId) {
    ScopedValue.where(USER_ID, userId)
        .where(REQUEST_ID, requestId)
        .run(() -> {
            processApiRequest();
        });
}

void processApiRequest() {
    String userId = USER_ID.get();
    String requestId = REQUEST_ID.get();
    
    // 处理请求逻辑
    Object result = switch (getRequestType()) {
        case int type when type == 1 -> processType1();
        case int type when type == 2 -> processType2();
        default -> processDefault();
    };
    
    sendResponse(result);
}

Object processType1() {
    return "Type 1 processed for " + USER_ID.get();
}

Object processType2() {
    return "Type 2 processed for " + USER_ID.get();
}

Object processDefault() {
    return "Default processed";
}

int getRequestType() {
    return 1;
}

void sendResponse(Object result) {
    System.out.println(result);
}
// 使用模式匹配和Stream处理数据
import java.util.stream.*;
import java.util.*;

void main() {
    List<Object> data = List.of(1, 2.5, 3, 4.7, 5, "invalid");
    
    List<Number> numbers = data.stream()
        .filter(obj -> obj instanceof int || obj instanceof double)
        .map(obj -> switch (obj) {
            case int i -> i;
            case double d -> d;
            default -> throw new IllegalStateException();
        })
        .collect(Collectors.toList());
    
    double sum = numbers.stream()
        .mapToDouble(Number::doubleValue)
        .sum();
    
    System.out.println("Sum: " + sum);
}
// 使用灵活构造函数体进行配置验证
public class AppConfig {
    private final String databaseUrl;
    private final int maxConnections;
    private final boolean enableCache;
    
    public AppConfig(String databaseUrl, int maxConnections, boolean enableCache) {
        // 前置验证
        if (databaseUrl == null || databaseUrl.trim().isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("数据库URL不能为空");
        }
        if (!databaseUrl.startsWith("jdbc:")) {
            throw new IllegalArgumentException("数据库URL格式错误");
        }
        if (maxConnections <= 0 || maxConnections > 100) {
            throw new IllegalArgumentException("最大连接数必须在1-100之间");
        }
        
        // 初始化
        this.databaseUrl = databaseUrl.trim();
        this.maxConnections = maxConnections;
        this.enableCache = enableCache;
    }
}

10. 迁移指南

步骤1：更新JDK版本

# 下载并安装JDK 25
# 更新JAVA_HOME环境变量
export JAVA_HOME=/path/to/jdk-25
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH

步骤2：更新构建工具

<!-- Maven pom.xml -->
<properties>
    <maven.compiler.source>25</maven.compiler.source>
    <maven.compiler.target>25</maven.compiler.target>
</properties>
// build.gradle
java {
    sourceCompatibility = JavaVersion.VERSION_25
    targetCompatibility = JavaVersion.VERSION_25
}

步骤3：代码迁移

迁移模式匹配：

// Java 21之前
if (obj instanceof Integer) {
    Integer i = (Integer) obj;
    int value = i.intValue();
}

// Java 25
if (obj instanceof int i) {
    // 直接使用i
}

迁移ThreadLocal到ScopedValue：

// Java 21之前
ThreadLocal<String> userId = new ThreadLocal<>();
userId.set("user123");
String id = userId.get();
userId.remove();

// Java 25
final static ScopedValue<String> USER_ID = ScopedValue.newInstance();
ScopedValue.where(USER_ID, "user123").run(() -> {
    String id = USER_ID.get();
});
# 使用jdeprscan检查废弃API
jdeprscan --release 25 YourApp.jar

# 使用jdeps检查模块依赖
jdeps --multi-release 25 YourApp.jar
  1. 单元测试：确保所有测试通过
  2. 集成测试：测试模块间交互
  3. 性能测试：验证性能改进
  4. 兼容性测试：确保第三方库兼容

11. 总结与最佳实践

  • ✅ JEP 507：模式匹配支持原始类型，简化类型检查
  • ✅ JEP 511：模块导入声明，提升模块化体验
  • ✅ JEP 512：紧凑源文件，降低学习门槛
  • ✅ JEP 513：灵活构造函数体，增强表达能力
  • ✅ JEP 506：作用域值，现代并发编程方案
  • ✅ JEP 519：紧凑对象头，优化内存使用
  • ✅ JEP 521：分代Shenandoah GC，降低GC延迟

  1. 模式匹配：优先使用模式匹配替代instanceof

  2. 作用域值：新项目使用ScopedValue替代ThreadLocal

  3. 紧凑源文件：适合教学和快速原型

  4. 构造函数：利用灵活构造函数体进行验证

  5. GC选择：低延迟应用使用分代Shenandoah GC

  6. 内存优化：利用紧凑对象头减少内存占用

  7. GC调优：根据应用特点选择GC策略

  8. 并发优化：使用作用域值提升虚拟线程性能

  9. 代码优化：使用模式匹配简化代码逻辑

  10. 基础特性：先掌握模式匹配和紧凑源文件

  11. 并发特性：学习作用域值的使用

  12. 性能特性：了解GC和内存优化

  13. 实践应用：在实际项目中应用新特性

Q1: Java 25是LTS版本吗？
A: 是的，Java 25是长期支持（LTS）版本。

Q2: 如何启用分代Shenandoah GC？
A: 使用JVM参数-XX:+UseShenandoahGC -XX:+ShenandoahGCGenerational。

Q3: 作用域值可以修改吗？
A: 不可以，作用域值是不可变的，这是它的设计特点。

Q4: 紧凑源文件适合生产环境吗？
A: 适合快速开发和教学，生产环境建议使用标准类声明。

Q5: 模式匹配性能如何？
A: 编译时优化，性能与传统instanceof相当。

结语

Java 25作为LTS版本，带来了多项重要的语言增强和性能优化。通过本教程的学习，相信你已经掌握了Java 25的核心特性。

记住：

  • 多实践：理论结合实践，多写代码
  • 关注性能：利用新特性优化应用性能
  • 持续学习：关注Java社区的最新动态
  • 生产应用：在充分测试后应用到生产环境

祝你学习愉快，编程顺利！ 🚀

本教程由Java突击队学习社区编写，如有问题欢迎反馈。

参考资料：

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