是时候考虑升级 JDK 17 了

是时候考虑升级 JDK 17 了

Spring,作为 Java EE 的事实规范,在2022年11月16日发布了最新的 6.0.0 GA 版本。这个版本是框架后续新生代的初始版本,拥抱持续创新的 OpenJDK 和 Java 生态。新的版本以 Java 17+ 作为 baseline,并迁移至 Jakarta EE 9+(即,使用 jakarta 命名空间)。

而在基础设施方面,6.0 首次引入了 AOT 转换,并为 Spring 应用程序上下文提供了相应的 AOT 处理支持。这为 Spring Boot 3 的 GraalVM 原生镜像提供了支持。原生镜像的启动速度非常快,并且能减少 Java 应用程序占用的内存。此外,新版本中支持虚拟线程,虚拟线程是轻量级的线程,能显著减少写入、维护的开销,在并发应用中有较高的吞吐量。

其中很重要的一点是,新的 Spring 6.0 只支持 Java 17+ 了,并且在 Spring 相关的博客中也建议大家升级 JDK 到 17。

JDK LTS

下表是 Oracle 官方提供的 JDK 支持计划:

Oracle JDK 支持计划

那为什么是 JDK 17 呢?首先,在 JDK 8 之后只有 JDK 11 和 17 是 LTS(长期维护)版本,而实际上 11 又被大家公认为是过渡版本,对于 JDK 17,Oracle 官宣会提供支持到 2029 年,这给了业界一个相当长的期许,终于可以考虑替换已经诞生 8 年且在2019年1月已经停止公开更新的 JDK 8 了。

开发者关心的功能升级

下面我们看一下 JDK 从 8 升级到 17 的过程中,有哪些另开发者心动的功能呢?

接口私有方法(JDK9)

Java 8 支持在接口中编写默认(default)方法,而从 Java 9 开始,可以在接口中包含私有方法。私有接口方法不能是抽象的。私有方法只能在接口内部使用:

public interface CustomCalculator {
    default int addEvenNumbers(int... nums) {
        return add(n -> n % 2 == 0, nums);
    }

    default int addOddNumbers(int... nums) {
        return add(n -> n % 2 != 0, nums);
    }

    private int add(IntPredicate predicate, int... nums) { 
        return IntStream.of(nums).filter(predicate).sum();
    }
}

本地变量类型推断(JDK10)

在 Java 10 之前版本中,当我们定义局部变量时,需要在赋值的左侧提供显式类型,并在赋值的右边提供实现类型:

Person mike = new Person("Mike");

在 Java 10 以后,可以用下面的方式:

var john = new Person("john");
var doe = new Person("Doe");

// JDK 9 中提供了集合类型的新方法
var persons = List.of(john,doe);

// var 也可用于 for
for (var person : persons) {
    System.out.println(person.name);
}

虽然我们写代码的时候方便了,但其实这是 JDK 提供的语法糖,在编译成 class 文件时,这些 var 还是会用实际的类型替换。

HTTP Client(JDK11)

java.net.http 包中的 HttpClient 最初在 JDK 9 中提供,后来在 JDK 10 升级,在 JDK 11 终于稳定成为标准功能,同时支持 HTTP/1.1 和 HTTP/2。下面是用 HttpClient 发一个 GET 请求的例子:

HttpClient httpClient = HttpClient.newBuilder()
        .version(HttpClient.Version.HTTP_1_1)
        .connectTimeout(Duration.ofSeconds(10))
        .build();

HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
        .GET()
        .uri(URI.create("https://httpbin.org/get"))
        .setHeader("User-Agent", "Java 11 HttpClient Bot")
        .build();

HttpResponse<String> response =
    httpClient.send(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());

HttpHeaders headers = response.headers();
headers.map().forEach((k, v) -> System.out.println(k + ":" + v));

System.out.println(response.statusCode());
System.out.println(response.body());

Switch 表达式(JDK14)

Switch 表达式是指可以通过 switch 进行赋值,在 Java 12 和 13 中陆续提供了功能预览,而在 Java 14 中成为标准功能。看下面的示例:

private static int getValueViaYield(String mode) {
    int result = switch (mode) {
        case "a", "b":
            yield 1; //使用 yield 提供返回值
        case "c":
            yield 2;
        case "d", "e", "f":
            // do something here...
            System.out.println("Supports multi line block!");
            yield 3;
        default:
            yield -1;
    };
    return result;
}

也可以通过箭头函数直接返回,但是这两种方式不能混用:

private static int getValueViaArrow(String mode) {
    int result = switch (mode) {
        case "a", "b" -> 1;
        case "c" -> 2;
        case "d", "e", "f" -> {
            // do something here...
            System.out.println("Supports multi line block!");
            yield 3;
        }
        default -> -1;
    };
    return result;
}

文本块(JDK15)

文本块功能最开始在 Java 13 和 14 中提供预览,最终在 Java 15 成型,有了这个功能,定义 HTML、SQL 语句或者 JSON,都会更加方便:

String java15DefineHtml = """
                            <html>
                                <body>
                                    <p>Welcome to my blog</p>
                                </body>
                            </html>
                          """;
String java15DefineJson = """
                            {
                               "name":"世开Coding",
                               "type":"blog",
                               "URL":"https://blog.abmcode.com"
                            }
                          """;

instanceof 的模式匹配(JDK16)

在 JDK 16 以前,我们用 instanceof 是这样的:

if (url instanceof String) {
    String s = (String) url;
    if (s.length() > 7) {
        if (s.equalsIgnoreCase("Java Development Kit 16")) {
            //...
        }
    }
}

那 JDK 16 之后呢,是这样的,是不是瞬间清爽了:

// str 变量可以在后续逻辑中直接使用
if (url instanceof String str && str.length() > 5 && str.equalsIgnoreCase("Java Development Kit 16")){
    // ...
}

Record(JDK16)

Java 被人诟病的一个原因是需要编写太多的模板代码,在新建一个 POJO 时,我们需要提供 getters,setters。Lombok 通过 IDE 工具简化了这个过程,而 Java 16 引入的 Record 类型也同样减少了这种类型的样板代码。需要注意的是,Record 都是 final 的,且成员变量也都是 final 的,但是可以支持实现接口,例如,RunnableSerializable。因此,简单的方法参数封装或者 DTO 都是 Record 适应的场景。

// 成员变量 name 和 url
public record WebsiteRecord(String name, String url) implements Serializable {
    public WebsiteRecord {
        if (!url.toLowerCase().startsWith("http")) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid URL address:" + url);
        }
        System.out.println("New Website:" + name);
    }
}

Sealed Class(JDK17)

我们都知道,带有 final 修饰符的类是不能继承的,那如果有些情况,我们还是希望能扩展类的功能,但是限制只有某些类能继承呢?

在 Java 15 和 16 中引入了 Sealed Class 的功能预览,在 Java 17 中作为标准功能提供。Sealed Class 只允许特定的类继承。

// 只允许 Bicycle, Car, Truck 继承
public abstract sealed class Vehicle permits Bicycle, Car, Truck {...}

// Car 带有 final 修饰符,防止进一步扩展
public final class Car extends Vehicle {...}

// Truck 带有 sealed 修饰符,只允许特定的类继承
public sealed class Truck extends Vehicle permits PickTruck, CyberTruck {...}

// Bicycle 带有 non-sealed 修饰符,任何类都可以继续扩展
public non-sealed class Bicycle extends Vehicle {...}

// 任意扩展 Bicycle 类
public class Motor extends Bicycle {...}

使用 Sealed Class 还有几点注意事项:

  • 被许可的子类,必须在编译时能被父类访问到。
  • 被许可的子类,必须直接继承 Sealed 父类。
  • 被许可的子类,必须带有 finalsealednon-sealed 三个修饰符之一。
  • 被许可的子类必须在同一个 Java 模块中。

小结

JDK 版本的升级会引入新的编程语言功能,能进一步提高开发者编写程序的效率,以前需要好几行才能完成的功能,现在一行就搞定了。而新的概念和模块推出,也可以优化软件架构,减少对第三方库的依赖。

性能提升

JDK 17 不只是提供了开发者关心的一些编程语言功能,在与旧版本的 JDK 相比,性能也得到了很大的提升。与 JDk 8 和 JDK 11 这两个 LTS 相比,性能的提升主要得益于 JVM 中引入的新功能和改进,特别是 GC 方面的提升。

JDK 17 目前支持的垃圾收集器有:

  1. Parallel GC - JDK 8 和早期 JDK 的默认收集器,关注吞吐量,尝试在最小延迟的情况下尽快完成工作并提高吞吐量。
  2. Garbage First(G1)- JDK 9 开始使用的默认收集器,G1 关注总体平衡的性能,会尝试在吞吐量和延迟和吞吐量之间做平衡。
  3. ZGC(JDK 15) 和 Shenandoah GC(JDK 12)- 这两个收集器关注延迟,通过牺牲吞吐量达到低延迟。ZGC 的启用方式:-XX:+UseZGC
  4. Serial GC - 关注资源占用和启动时间。这个收集器更像是一个简化版的 Parallel GC,仅使用单线程进行处理。

可以看到,不同的收集器关注的性能方面是不一样的,而决定使用哪个收集器,有时候也不是非常容易。首先我们需要搞清楚的是,我们的性能目标是什么?希望提高业务的吞吐量、减少业务的延迟还是减少资源的占用?当然,我们希望最好这几点能同时满足,但是 GC 是没有办法在每个方面都做到极致的,毕竟设计这些 GC 的时候,是目标场景做了一些权衡的。再看一下这三大需要提升的场景:

  • 吞吐量 - 减少 GC 对完成单位时间内业务会话量的影响。
  • 延迟 - 减少 GC 对单个业务会话的影响。
  • 资源占用 - 减少 GC 使用的额外资源。

下面我们看看使用 16GB 堆内存和 SPECjbb® 20151 基准测试对前三个收集器的测试结果。

吞吐量

吞吐量测试结果

测试结果中,数值越高表示性能越好,可以看到,JDK 17 中,ZGC 的性能提升了 20%,Parallel GC 和 G1 也分别有超过 10% 的提升。

延迟

延迟测试结果

从延迟的角度看,性能提升更加显著。在缩短 GC 暂停时间所投入的工作有了回报。其中 G1 提升效果最佳,ZGC 也不错。但是由于我们的基准测试是测量应用程序的延迟,所以还有数据在这个图表是看不到的。ZGC 在暂停时间上表现非常优异,下面的图表展示暂停时间的提升(数值越小越好),我们可以看到 ZGC 的超预期性能:

暂停时间测试结果

在这里,我们分析原始性能数字(每个柱子上的数字),因为图表按照数据尺度做了归一化,看上去有点奇怪。正如我们所看到的,JDK 17 中的 ZGC 的表现远低于其亚毫秒暂停时间的目标。G1 的目标是在延迟和吞吐量之间保持平衡,其暂停时间目标也低于其默认暂停时间目标 200ms。此图表最右边的柱子展示不同的收集器如何处理可伸缩性。ZGC 的设计是暂停时间不随堆大小而增大,我们清楚地看到,当堆扩展到 128 GB 时就是这种情况。从暂停时间的角度来看,G1 比 Parallel 更好地处理较大的堆,因为 G1 也具有保持暂停时间目标的逻辑。

资源占用

资源占用测试结果

图中比较了三个不同收集器对本地内存的使用峰值。从结果看 Parallel 和 ZGC 都非常稳定,因此我们只能比较使用内存的绝对数值,而 G1 在这方面确实有所改进。

小结

无论使用哪种收集器,与旧版本相比,JDK 17 的整体性能都有很大的提升。在 JDK 8 中,默认使用 Parallel,但在 JDK 9 中改为了 G1。之后,G1 的改进速度就超过了 Parallel,但在有些情况下可能 Parallel 仍然是最好的选择。而 ZGC(JDK 15)的加入,为我们提供了第三种高性能 GC 的选择。

结语

开发环境方面,JDK 升级已经是大趋势,Tomcat 10.1 已经支持 Jarkata EE,Hibernate ORM 6.1 也要求 JDK 11+。而最著名的开源框架 Spring 已经带头走在了更新 JDK 的康庄大道上,那么其他使用 Spring 的技术框架肯定会慢慢跟上。比如,Jmix 也会在明年一季度的版本中适配 Spring 6 和 Boot 3;JHipster 更加激进,从 Spring RC 版本推出时,已经开始尝试适配。

运行环境方面,JDK 17+ 带来的性能提升总体来说能达到约 20%,但是对于实际运行的生产系统,这点提升可能不足以吸引运维部门做升级,毕竟堆硬件也能提升性能。而升级 JDK 还有可能引入新的安全问题。

因此,对开发人员来说,我们建议尽早切换至 JDK 17,尝试新的语言特性,提升自己的技能。尽管可能会面临新 JDK 中的安全问题,但是由于新版本正处在积极开发支持中,如果有问题也会很快解决。而对于企业来说,如果担心安全问题影响线上系统,可以缓一缓再使用。另外,如果考虑去 Oracle,则可以选择 OpenJDK,一些有实力的大企业也会使用 OpenJDK 构建自己的 JDK。

随着技术的发展,越来越多的框架的新版本都会陆续支持新版的 JDK,企业肯定会慢慢的融入升级的大军之中。

参考文章:

  1. https://spring.io/blog/2022/11/16/spring-framework-6-0-goes-ga
  2. https://reflectoring.io/java-release-notes/
  3. https://kstefanj.github.io/2021/11/24/gc-progress-8-17.html

原文地址:https://www.cnblogs.com/abmcode/archive/2022/11/24/time_to_upgrade_jdk.html