在 2011 年的 JavaOne 中,Oracle 讨论了一些他们希望在 2016 年于 Java 9 中发布的功能。Java 9 应当对千兆级堆拥有更好的支持,同时能够更好地集成本机代码,且拥有新的垃圾收集器 G1 和能够自我调节的 JVM。2016 年初,Java 9 的发布被重新定为 2017 年 3 月;2017 年 3 月时,发布日期又被拖延至 2017 年 7 月;后来又因 Java 执行委员会对 Jigsaw 项目实现的分歧而最终定为 2017 年 9 月 21 日,在此期间 Oracle 回应了部分疑问,并对一些重要的技术问题进行了修正。在 2017 年 6 月的最后几天,JCP 对拟议的模块系统方案达成了共识。Java 9 的首个发布候选版于 2017 年 8 月 9 日发布,首个稳定版于 2017 年 9 月 21 日发布。

Java Platform Module System

模块化算是 Java 9 的重量级特性了,它提供了类似 OSGi 框架的功能,模块有依赖的概念,可以导出公共 API 并隐藏实现细节。其主要的目的是提供模块化的 JVM,使之能在低端设备上运行,JVM 只能运行应用所需的那些模块和 API,关于模块的详细描述,参见:Module Summary。从 Java 9 开始,像 com.sun.* 这些 JVM 内部的 API 在应用程序中不再可访问了。

类似于 package-info.java*,模块的描述是在 *module-info.java 中,如:

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module com.example.modules.car {
requires com.example.modules.engines;
exports com.example.modules.car.handling;
}

想要深入了解 Java 9 的模块化,参见:Project Jigsaw: Module System Quick-Start Guide

New HTTP Client

在 Java 9 中引入了期待已久的 HttpURLConnection 的替代方案,新的 API 位于 java.net.http 包中,支持 HTTP/2 协议和 Web Socket 握手,其性能与 Apache Http ClientNetty 以及 Jetty 相当。

通过新的 HTTP Client API ,可以快速创建 GET 请求:

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HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
.uri(new URI("https://postman-echo.com/get"))
.GET()
.build();

HttpResponse<String> response = HttpClient.newHttpClient()
.send(request, HttpResponse.BodyHandler.asString());

Process API

Java 9 中对访问和管理系统进程进行了增强,通过 java.lang.ProcessHandle 可以访问更多进程相关的信息:

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ProcessHandle self = ProcessHandle.current();
long PID = self.getPid();
ProcessHandle.Info procInfo = self.info();

Optional<String[]> args = procInfo.arguments();
Optional<String> cmd = procInfo.commandLine();
Optional<Instant> startTime = procInfo.startInstant();
Optional<Duration> cpuUsage = procInfo.totalCpuDuration();

通过 destroy() 停止运行的子线程:

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childProc = ProcessHandle.current().children();
childProc.forEach(procHandle -> {
assertTrue("Could not kill process " + procHandle.getPid(), procHandle.destroy());
});

The Java Shell

Java 9 引入 了 jshell 命令行工具,允许在命令行中直接运行代码片段,而无需将代码放在类里面,类似于其它基于 JVM 的语言,如 Groovy,Scala。之所以推出 jshell*,其主要原因在 Java 语言相对于其它语言来说,上手的门槛略高,像 *python 直接在命令行下就能完成 hello world,而 Java 还需要打开编辑器,再声明一个类,然后编译完才能运行,实在是太烦琐了,完全不利于 Java 向教学语言的转化。

除了命令行之外,jshell 还提供了 API,允许其它工具集成 jshell 的功能。

Multi-Release JAR Files

在 Java 9 中引入了一个比较有趣的特性是支持同一个 jar 针对多个不同的 Java 版本进行发布,通过在 MANIFEST.MF 文件中设置 Multi-Release: true,该 jar 文件就变成了 Multi-Release JAR (MRJAR),Java 运行时将根据当前的主版本选择合适的 jar 版本。该文件的结构如下:

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jar root
- A.class
- B.class
- C.class
- D.class
- META-INF
- versions
- 9
- A.class
- B.class
- 10
- A.class
  • 当 JDK < 9 时,只有根目录中的类对 Java 运行时是可见的
  • 在 JDK 9 上,A.classB.class 将从 root/META-INF/versions/9/ 中加载
  • 在 JDK 10 上, A.class 将从 root/META-INF/versions/10/ 中加载

Multi-Release Jar 使得项目可以维护针对不同 Java 平台的不同版本的代码,而且分发代码只需要一个 jar,一个版本(Maven artifact 版本)就够了。为了实现这个特性,自然免不了修改处理 JAR 的 API,比如:JarFileURLClassLoader。此外,许多 JDK 工具为了适应新的格式也被改造过,如:javajavacjar

Multi-Resolution Images

JDK 9 中新增了一个新的接口 MultiResolutionImage 及其基础实现类 BaseMultiResolutionImage,它可以封装几种不同尺寸的图像变体,当给定了宽高,它可以用于选择最好的图像变体。

Reactive Stream Flow API

在 JDK 9 中引入了 java.util.concurrent.Flow 类,它提供了一套 Reactive Stream 相关的标准的接口集,这些接口通过发布-订阅机制让数据流的生产者与消费者之前进行异步通信,类似于 RxJava

Make G1 the Default Garbage Collector

在 Java 9 之前,服务器上的默认垃圾回收器是并行 GC,客户端的默认垃圾回收器是串行 GC,在 Java 9 中,服务器的默认 的 GC 改为从 Java 7 开始引入的 G1 垃圾回收器。

G1 是一个并行的、低暂停的垃圾回收器,对于具有较大堆空间的多核机器特别适用。关于 G1 垃圾回收器的概述,参见:Getting Started with the G1 Garbage Collector。除此之外,并发标记清除(CMS)回收器已经被废弃。

Compact Strings

Java 9 对 String 类作了内部优化,以减少内存消耗。因为大多数字符串并不需要 2 个字节表示的字符。实现的原理是在将字符数组改为字节数组,并在字节数组中增个一个字节用于表示字节数组的编码:

  • Latin-1 占用 1 个字节
  • UTF-16 占用 2 个字节

字符串根据要存储的内容确定字节数组的编码。

这个更改是内部的,不影响 String 对外的 API 以及其相关的类,如 StringBuilderStringBuffer 等。若要禁用字符串压缩,可以使用 -XX:-CompactStrings 选项。

Stack-Walking API

在 Java 9 之前,只能通过 sun.reflect.Reflection 遍历线程栈帧,特别是 sun.reflect.Reflection::getCallerClass()。有一些库依赖于这个方法,但是已经被废弃掉了,取而代之的是 JDK 9 提供的标准的 API – StackWalker,它通过延迟访问栈帧来提高性能。应用程序可以通过这个 API 来遍历调用栈,并在类中过滤。这个类中,有两个方法值得注意:

  • public &lt;T&gt; T walk(Function&lt;Stream&lt;StackFrame&gt;, T&gt; function) - 从顶部帧开始对当前线程栈帧进行遍历,并对栈帧应用指定的 Function
  • public Class<?> getCallerClass() - 返回调用此方法的类

StackWalker 是线程安全的,它可以在多线程环境中使用同一实例遍历线程栈帧。

Compiler Control

Java 9 提供了一种通过编译器指令选项来控制 Java 虚拟机编译的途径,控制的级别包括:

  • 运行时可管理的
  • 特定的方法

编译器指令用于告诉 JVM 如何编译,它能精确的控制到方法上下文。指令可以用于编写 JVM 测试程序,而且测试过程中不需要重新启动整个 JVM,对于绕过一些 JVM 的 bug 也是非常的实用。

在程序启动时,通过在命令行可以指定指令文件,如下所示:

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java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:CompilerDirectivesFile=File_A.json TestProgram

还可以通过诊断命令从正在运行的程序中添加或删除指令,也可以在程序启时开启自动打印指令栈[^1],如下所示:

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java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+CompilerDirectivesPrint -XX:CompilerDirectivesFile=File_A.json TestProgram

想要深入了解,请参见:Oracle JDK 9: Compiler Control

Segmented Code Cache

在 Java 9 中,代码缓存由原来的一个堆分成了多个堆,每个堆都包含一个特定类型的编译代码,这样做的好处是能够分离出不同属性的代码,编译代码有 3 种不同的顶级类型:

  • JVM internal(non-method) code

    主要包含非方法的代码,如编译器缓冲区和字节码解释器,此代码类型会一直驻存在代码缓存中

  • Profiled-Code

    包含了一些经过简单优化的、生命周期很短的方法

  • Non-profiled Code

    包含完全优化的,non-profiled 方法,可能有很长的生命周期

非方法代码堆的大小固定为 3MB,用于 JVM 内部和编译器缓冲区,编译器缓冲区的大小根据编译器线程 C1/C2 的数量调整,剩下的代码缓存空间则均分给 profilednon-profiled 代码堆。代码堆的大小也可以通过命令行开关来控制:

  • -XX:NonMethodCodeHeapSize

    设置包含非方法代码的代码堆大小

  • -XX:ProfiledCodeHeapSize

    设置包含 profiled 代码的代码堆大小

  • -XX:NonProfiledCodeHeapSize

    设置包含 non-profiled 代码的代码堆大小

Dynamic Linking of Language-Defined Object Models

Java 9 推出动态链接这一特性主要是为 JVM 进程中的多种编程语言提供一种在运行时进行互操作的能力,这样对象可以在不同的 runtime 之间进行传递,由一种语言的编译器发出 invokedynamic 调用站点,由其它的语言的链接器来链接,比如,Java 8 推出的 Nashorn,但 Nashorn 的局限性在于它是专门为 JavaScript 语言提供的 JVM 引擎,而不能广泛地应用于其它语言,但 Nashorn 证明了通过 invokedynamic 实现跨语言的互调是可行的。

在 JDK 8 中 jdk.internal.dynalink.** 包下的代码作为 *Nashorn 的内部依赖在 JDK 9 中作为 jdk.dynalink 模块被公开。

JVM Compiler Interface

对于做编译器优化的开发者来说,JVM CI 无疑是一个很值得期待的特性,它允许 Java 写的编译器能被 JVM 用来进行动态编译。在 Java 9 中,它被当作一个实验性的特性引入。

Version-String Scheme

在过去的 20 多年里,Java 的版本管理一直比较混乱。 前两个主要版本是 JDK 1.0 和 JDK 1.1。 从 1.2 到 1.5,平台被称为 J2SE (标准版本)。 从 1.5 开始,版本控制变成了 Java 5,然后是 Java 6,等等。 然而,当你使用已安装的 Java 8 运行 Java 版本时,输出仍然是 1.8 而不是 8。 甲骨文收购 Sun 后推出的当前版本版本版本方案如下:

  • 对于 Limited Updates Release(没有重要的安全修复),版本号是 20 的倍数
  • 对于重要补丁更新(修复安全漏洞),版本号的计算方法是在先前的 Limited Updates Release 基础上以 5 的倍数递增,当版本号不为奇数的话,再加 1 凑成奇数

Version Numbers

从 Java 9 开始,版本号的格式改为:$MAJOR.$MINOR.$SECURITY.$PATCH

  • MAJOR - 主版本号,对于 JDK 9 来说, MAJOR = 9

  • MINOR - 次版本号,随着 bug 修复及标准 API 的增强的发布而递增

  • SECURITY - 安全级别,随着重要安全修复的发布而递增,当 MINOR 递增时,SECURITY 会重置为 0

  • PATCH - 非安全性修复的补丁版本

    Version Strings

    版本字符串是由 Version Number 加上一些其它信息(如:early-access release identifier 或 build number)组成:

  • $VNUM(-$PRE)?\+$BUILD(-$OPT)?
  • $VNUM-$PRE(-$OPT)?
  • $VNUM(+-$OPT)?

其中:

  • PRE - 预发布标识
  • BUILD - build number
  • OPT - 其它可选信息,如:时间戳

下面是现有和即将推出的对 JDK 9 进行版本控制的方案对比:

Release Type long (Existing) short (Existing) long (New) short (New)
Early Access 1.9.0-ea-b19 9-ea 9-ea+19 9-ea
Major 1.9.0-b100 9 9+100 9
Security #1 1.9.0_5-b20 9u5 9.0.1+20 9.0.1
Security #2 1.9.0_11-b12 9u11 9.0.2+12 9.0.2
Minor #1 1.9.0_20-b62 9u20 9.1.2+62 9.1.2
Security #3 1.9.0_25-b15 9u25 9.1.3+15 9.1.3
Security #4 1.9.0_31-b08 9u31 9.1.4+8 9.1.4
Minor #2 1.9.0_40-b45 9u40 9.2.4+45 9.2.4

Remove the JVM TI hprof Agent

在 Java 9 之前,prof JVM native agent 被用来转储堆、追踪 CPU,之所以移除它是因为有了更好的替代方案 – jmapJava VisualVM

Remove the jhat Tool

jhat 工具是用来在浏览器中查看堆的 dump 信息,之所以被移除也是因为有了更好的替代方案。

Compile for Older Platform Versions

在 Java 9 之前是使用 -source 选项设置语言规范,用 -target 选项生成特定版本的字节码,尽管如此,由于编译器会把已编译的类链接到当前 JDK 版本的平台 API,这会导致运行时的问题(除非重载 bootclasspath)。在 Java 9 中,为能能够编译成旧的版本,这些选项由 –release 替代。

–release 等价于 -source N -target N -bootclasspath <bootclasspath-from-N>

JDK 9 通过维护旧版本的 API 签名数据来实现这一特性,这些签名数据位于:$JDK_HOME/lib/ct.sym

Applet API deprecated

由于 web 浏览器对 Java 插件的支持越来越少,Applet API 在 Java 9 中被废弃,但不确定将来是否会被删除。

Java 语言的一些小变化

  • 允许在私有实例方法上使用 @SafeVargs@SafeVarargs 注释只能应用于不能重写的方法,包括静态方法和最终实例方法。 私有实例方法是 @SafeVargs 可以容纳的另一个用例。
  • Java SE 7 中的 try-with-resources 语句要求对语句管理的每个资源声明一个新的变量,而在 Java SE 9 中 允许有效的 final 变量作为资源在 try-with-resources 语句中使用。
  • 如果参数类型的推导类型是可表示的,则允许带有匿名类的 <> 操作符。 由于推导类型使用了具有 <> 操作符的匿名类构造函数可能不属于由签名属性支持的一组类型,所以 Java SE 7 中禁止使用带匿名类的 <> 操作符。
  • 禁止 _ 作为标识符
  • 接口支持 private 方法,从而使接口的非抽象方法能够在它们之间共享代码。

更多详情,请参考:https://docs.oracle.com/javase/9/whatsnew/toc.htm