Java 24 五大特性
Java 24 五大特性
前言
Java 24 是平台演进过程中一个大胆而深思熟虑的重要里程碑。经验丰富的 Java 开发者不仅会欣赏这次发布的变化数量，更会被其深度和发展方向所震撼。本次发布包含 24 个 JEP，显而易见，OpenJDK 社区正在性能、可扩展性和现代开发需求方面全力投入。在这篇文章中，我将为大家详细介绍我认为对资深工程师最具影响力的五个特性：分代 Shenandoah（实验性）、紧凑对象头（实验性）、Stream Gatherers、提前类加载与链接，以及虚拟线程同步无钉扎。这些特性绝不仅仅是渐进式改进——它们体现了真正的架构思维和对 Java 未来发展方向的深远愿景。我们将深入了解它们的工作原理、核心优势，以及在实际应用中的重要意义——并在关键之处提供详细示例。实验性特性的加入也传达了一个更重要的信息：Java 不仅仅是在跟上时代步伐——它正在引领技术潮流，特别是在内存管理和并发处理领域。如果你正在构建现代高性能 Java 应用程序，这些变化绝对值得你深入理解。
让我们开始探索吧！
1. 分代 Shenandoah（实验性）
这是对 Shenandoah GC 的革命性增强，引入了全新的实验性分代模式（JEP 404）。如果你曾经因为 Shenandoah 在低延迟高响应应用中令人印象深刻的低暂停时间而青睐它，那么你一定会为它的最新进展感到兴奋——它现在将堆内存分为年轻代和老年代，将垃圾收集工作重点聚焦在最关键的地方——那些在应用程序中占主导地位的短生命周期对象。
启用此特性非常简单：
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:ShenandoahGCMode=generational
令人振奋的是，这项增强功能在保持我们期望的超低暂停时间的同时，还能显著减少内存占用和 CPU 开销。收集器会根据应用程序的行为模式智能调整分代大小，使其对具有大量短生命周期对象的工作负载特别有效。
这一发展使 Shenandoah 与 G1 和 ZGC 等其他现代收集器保持同步，同时保持其在最小化延迟方面的独特优势。虽然仍处于实验阶段，在生产环境部署前需要进行充分测试，但分代 Shenandoah 代表了 Java 垃圾收集领域的重要演进。它标志着一个更广泛的趋势，即高性能收集器越来越多地利用弱分代假设来优化内存管理效率。
2. 紧凑对象头（实验性）
Java 24 通过 JEP 450 的紧凑对象头为我们带来了令人兴奋的特性，这是 Project Lilliput 的核心组成部分。简单来说，这个实验性特性将 64 位系统上的对象头从 96-128 位大幅缩减到仅 64 位，这意味着堆内存中每个对象的内存开销都会显著减少。
想要体验吗？只需在 JVM 参数中添加以下配置：
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCompactObjectHeaders
该特性与压缩类指针协同工作（在大多数现代系统上默认启用），虽然你不会看到直接的代码变化，但内存分析工具会清晰地显示出差异。带来的好处非常显著——更小的堆内存占用、更高的部署密度（在相同硬件上运行更多实例），以及改进的数据局部性，从而获得更好的 CPU 缓存利用率和整体性能。
这对于内存密集型应用程序和注重内存占用的微服务架构特别有价值。亚马逊的测试甚至显示启用此特性后 CPU 使用率有所降低。在底层实现上，它将 64 位标记字和 32/64 位类字合并为单个 64 位字，并巧妙地为未来的 Project Valhalla 增强预留了一些位空间。需要注意的是，作为实验性特性，它确实存在一些限制——比如 22 位压缩类指针将你限制在大约 400 万个不同的类。对大多数开发者来说，这个限制已经足够，但如果你正在处理大型系统或涉及大量动态代码生成的场景，这个限制值得仔细考虑。这种对内存效率的专注体现了 Java 对云原生环境优化的坚定承诺，在云环境中每个字节都至关重要！
3. Stream Gatherers：增强流处理能力
Java 24 正式确定了 Stream Gatherers API（JEP 485），对于任何热爱使用流式编程的开发者来说，这都是一个颠覆性的改变。可以把它看作是我们一直在等待的缺失拼图——为你的流处理管道提供自定义中间操作的能力！
核心是全新的 Gatherer 接口，它允许你直接在流中定义复杂的转换逻辑。现在你可以调用新的 gather(Gatherer) 方法来整合这些自定义操作。每个 Gatherer 实现包含四个关键方法：初始化器、集成器、组合器和终结器——让你完全掌控元素的处理方式。
更令人惊喜的是什么？Java 在 java.util.stream.Gatherers 类中提供了现成可用的收集器。看看这个简洁的例子：
List<Integer> numbers = List.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8);
List<List<Integer>> fixedWindows = numbers.stream()
.gather(Gatherers.windowFixed(3))
.toList();
System.out.println(fixedWindows); // 输出: [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8]]
这个 API 极大地扩展了流式编程的能力边界——支持有状态转换、通过可重用的收集器提升代码可读性，甚至支持并行执行以获得性能提升。它为中间操作填补了 Collectors 长期以来为终端操作填补的相同角色。
经过几个预览版本的迭代，Stream Gatherers 已经成熟为一个稳定的、经过社区充分测试的 API，大大简化了以前需要复杂解决方案的数据处理任务。对于专业的 Java 开发者来说，这个特性意味着更简洁的代码、更少的外部依赖，以及表达数据转换逻辑的强大新方式。
4. AOT 类加载与链接：启动时间大幅提升
Java 24 引入了一个你绝对想要了解的激动人心的特性：提前（AOT）类加载与链接（JEP 483）。作为 Project Leyden 的重要组成部分，这项优化彻底解决了 Java 长期以来的痛点之一——启动性能问题。利用 AOT 类加载和链接无需对应用程序代码进行任何直接修改，性能优势在 JVM 的初始启动阶段就能立即体现出来。
简单来说，这个特性将类加载和链接过程（通常在运行时完成）提前到预执行阶段，将结果存储在缓存中以实现闪电般的启动速度。实现过程很简单，采用三阶段方法：
- 使用
-XX:AOTMode=record -XX:AOTConfiguration=<path>运行训练会话以识别要缓存的类 - 使用
-XX:AOTMode=create -XX:AOTConfiguration=<path> -XX:AOTCache=<path>创建 AOT 缓存 - 在后续运行中仅使用
-XX:AOTCache=<path>
性能提升令人震撼——基准测试显示启动时间最多可提升 42%！"HelloStream" 测试从 0.031 秒优化到 0.018 秒，而 Spring 的 PetClinic 从 4.486 秒大幅提升到 2.604 秒。
这个特性建立在 AppCDS（JDK 11）的基础之上，但走得更远，不仅缓存解析后的字节码，还缓存类的完整加载和链接状态。虽然不像 GraalVM Native Image 那样激进，但它提供了实质性的改进，同时避免了相同的约束和构建复杂性。
对于快速启动至关重要的云原生和无服务器环境，这是一个巨大的突破。Spring Boot 和 Quarkus 等主流框架已经在积极进行集成工作。只需记住，你的训练运行应该准确反映应用程序的正常启动行为，以最大化性能收益。这一进步标志着解决 Java 历史性启动延迟问题的重要里程碑，同时为未来启动和预热性能的进一步增强奠定了坚实基础。
5. 虚拟线程同步无需固定
还记得在JDK 21–23中，当你的虚拟线程在同步块内遇到阻塞操作时，它会被固定到其承载平台线程上吗？
这基本上抵消了虚拟线程承诺的许多可扩展性优势。好消息是，在Java 24中，这个限制已经消失！
这就是它的精妙之处：你的代码无需任何修改。你现有的同步块现在可以与虚拟线程完美协作：
public class ConcurrentTask {
private final Object lock = new Object();
public void performTask() {
synchronized (lock) {
// 模拟阻塞操作
try {
Thread.sleep(5);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
// 执行其他操作
}
}
}
// 在 JDK 21-23 中，如果虚拟线程调用 performTask() 并在同步块内阻塞，
// 其载体线程会被钉扎。在 JDK 24 中，虚拟线程可以卸载，释放载体。
性能改进是革命性的。在 10,000 个并发请求的基准测试中，应用程序从 JDK 21 上的每秒 800.9 个请求飙升到 JDK 24 上惊人的每秒 4,264.4 个请求——完成任务的时间从 12.486 秒大幅缩短到 2.345 秒！参考
这项增强使虚拟线程适用于更广泛的应用场景，包括大量使用同步机制的遗留代码。你现在可以放心地采用虚拟线程，而无需大规模重构来用 ReentrantLock 替换 synchronized。
虽然少数边缘情况（本地代码交互、类初始化）仍可能导致钉扎，但对大多数应用程序的影响微乎其微。这项改进代表了 Java 并发演进的重要里程碑，可能会让许多开发者从复杂的响应式编程模型回归到更简单的每请求一线程方法。