Oracle JDK 17 全面介绍与新特性解析：承前启后的里程碑

Java 作为世界上最受欢迎的编程语言之一，其生态系统的核心——Java Development Kit (JDK) 的每一次更新都备受瞩目。在经历了快速迭代的 6 个月发布周期后，Oracle JDK 17 于 2021 年 9 月正式发布，它不仅带来了诸多令人兴奋的新特性和性能改进，更重要的是，它是一个长期支持（Long-Term Support, LTS）版本。这意味着 JDK 17 将获得 Oracle 数年的扩展支持和安全更新，对于企业级应用和需要稳定性的项目而言，具有里程碑式的意义。

本文将深入探讨 Oracle JDK 17 的重要性、核心新特性、性能改进以及它对开发者和企业带来的影响，旨在提供一个全面而详尽的解析。

一、JDK 17 的重要性：LTS 版本的战略意义

自 Java 9 引入模块化系统并开启 6 个月的快速发布周期以来，Java 社区经历了前所未有的高速发展。然而，这种快速迭代也给需要长期稳定运行环境的企业带来了挑战。为了平衡创新速度和稳定性需求，Oracle 提出了 LTS 版本的概念。

• 什么是 LTS 版本？ LTS 版本是指将获得 Oracle 长期支持（通常是数年，包括 Premier Support 和 Extended Support）的 JDK 版本。期间，Oracle 会持续提供错误修复、安全补丁和性能优化，但不引入大的语言或 API 变更，确保了版本的稳定性和可靠性。
• JDK 17 的 LTS 地位： JDK 17 是继 JDK 11 之后的又一个 LTS 版本。根据 Oracle 的支持路线图，JDK 17 将获得多年的支持，直至 2029 年甚至更晚（取决于具体的支持策略更新）。这使得它成为企业从旧版本（如 JDK 8 或 JDK 11）迁移的理想选择。
• 为何选择 LTS？
  • 稳定性与可靠性： 企业级应用通常要求极高的稳定性，LTS 版本经过更广泛的测试，且在长期支持期内持续获得维护，降低了引入破坏性变更的风险。
  • 降低维护成本： 相比每 6 个月就要评估和升级非 LTS 版本，选择 LTS 版本可以显著延长升级周期，减少频繁迁移带来的测试、兼容性和部署成本。
  • 生态系统支持： 重要的框架、库和工具通常会优先并长期支持 LTS 版本，确保了开发者能够获得完善的生态支持。
  • 安全保障： 在漫长的支持期内，LTS 版本能及时获得最新的安全补丁，这对于保护关键业务系统至关重要。

因此，JDK 17 不仅仅是 Java 发展过程中的一个版本号，它代表着一个稳定、可靠、值得信赖的技术基石，为未来多年的 Java 应用开发和部署奠定了坚实的基础。

二、核心新特性深度解析

JDK 17 整合了从 JDK 12 到 JDK 17 期间引入的众多 JEP（JDK Enhancement Proposal）的最终或预览特性。以下是一些最值得关注的核心新特性：

1. JEP 409: Sealed Classes (密封类和接口) - 正式特性

这是 JDK 17 中最重要的新语言特性之一，它允许类的作者精确地控制哪些其他类或接口可以继承或实现它们。

• 背景： 在 Java 中，一个类（除非声明为 final）可以被任何其他类继承，一个接口可以被任何其他接口继承或被任何类实现。这种开放性有时会带来问题，特别是在设计需要严格控制继承体系的 API 或领域模型时（例如，代数数据类型）。

• sealed 关键字： 通过在类或接口声明前使用 sealed 关键字，并使用 permits 子句指定允许的直接子类或实现类。
  ```java
  // Shape.java
  public abstract sealed class Shape
  permits Circle, Rectangle, Square {
  // ... common properties and methods
  }

  // Circle.java - 必须是 final, sealed 或 non-sealed
  public final class Circle extends Shape {
  private double radius;
  // ...
  }

  // Rectangle.java - 必须是 final, sealed 或 non-sealed
  public non-sealed class Rectangle extends Shape { // non-sealed: 允许任何类继承 Rectangle
  private double length, width;
  // ...
  }

  // Square.java - 必须是 final, sealed 或 non-sealed
  public final class Square extends Shape {
  private double side;
  // ...
  }

  // Triangle.java - 编译错误！Triangle 不在 Shape 的 permits 列表中
  // public final class Triangle extends Shape { ... }
  ``
* **子类的约束：**
* 所有允许的子类必须在编译时可知，并且必须与父类在同一个模块或包中（未来可能放宽）。
* 每个允许的子类必须显式声明它是final（不能再被继承）、sealed（继续限制继承）还是non-sealed（恢复开放继承）。
* **优势：**
* **更强的建模能力：** 能够精确地表达“这个类型只有这几种固定的子类型”，非常适合用于模拟枚举之外更复杂的固定集合，如协议消息、AST 节点等。
* **增强的安全性与维护性：** 防止了意外或恶意的继承，使得代码库的结构更加清晰和可控。
* **编译器支持：** 编译器可以利用密封类的穷尽性进行更全面的检查，例如在switch表达式（见下文）中检查是否覆盖了所有可能的子类型，无需default` 分支。

2. JEP 406: Pattern Matching for switch (Preview) - 预览特性

该特性是 Java 模式匹配（Pattern Matching）项目的一部分，旨在增强 switch 语句和表达式的能力，使其能够根据对象的类型和结构进行匹配，并简化相关代码。

• 背景： 传统的 switch 只能作用于少数几种类型（byte, short, char, int, String, enum），并且通常需要配合繁琐的 if-else instanceof 结构来处理不同类型的对象。

• 主要改进：

  • 类型模式 (Type Patterns): 允许在 case 标签中使用类型模式进行匹配。如果匹配成功，对象会被自动转换为该类型，并绑定到一个新的局部变量。
  • Null 处理: 可以显式地为 null 添加 case 分支。
  • 模式守护 (Guarded Patterns): 可以在 case 标签后添加 when 子句（在后续 JDK 版本中语法演变为 &&），只有当类型匹配且 when 条件为真时，该 case 才会被执行。
  • 完善性检查 (Exhaustiveness): 当 switch 作用于密封类或枚举类型时，编译器可以检查是否覆盖了所有可能的子类型或常量。如果覆盖完全，则不需要 default 分支（对于 switch 表达式是强制的）。

• 示例：
  java
// JDK 17 Preview 语法 (后续版本有所调整)
static String formatter(Object obj) {
return switch (obj) { // switch 表达式
case null -> "null object"; // 处理 null
case Integer i -> String.format("int %d", i);
case Long l -> String.format("long %d", l);
case Double d -> String.format("double %f", d);
case String s -> String.format("String %s", s);
// 结合 Sealed Class (假设 Shape 是密封类)
case Circle c -> String.format("Circle with radius %f", c.getRadius());
case Rectangle r when r.getLength() > r.getWidth() -> // 模式守护 (Guarded Pattern)
String.format("Tall rectangle %f x %f", r.getLength(), r.getWidth());
case Rectangle r -> String.format("Rectangle %f x %f", r.getLength(), r.getWidth());
case Square sq -> String.format("Square with side %f", sq.getSide());
// default -> obj.toString(); // 如果 Shape 是密封类且已覆盖所有子类，则不需要 default
default -> "Unknown object";
};
}

• 优势：
  • 代码简洁性： 大幅减少 instanceof 和显式类型转换的样板代码。
  • 可读性与安全性： 代码逻辑更清晰，模式匹配结合密封类可以消除遗漏 case 的风险，编译器提供更强的静态检查。
  • 表达能力增强： switch 可以处理更复杂的逻辑，更接近函数式编程语言中的模式匹配。

注意： 该特性在 JDK 17 中仍处于预览阶段，意味着其 API 和行为在未来版本中可能发生变化。需要使用 --enable-preview 标志来编译和运行使用了该特性的代码。它在后续的 JDK 版本中持续演进并最终成为正式特性。

3. JEP 412: Foreign Function & Memory API (Incubator) - 孵化特性

这个 API 旨在提供一种更安全、更高效、纯 Java 的方式来与 JVM 运行时之外的代码（如本地库，C/C++ 函数）和内存（如本地内存）进行互操作，以期最终取代 JNI（Java Native Interface）。

• 背景： JNI 功能强大，但使用复杂、容易出错（内存管理、类型映射等），且与 Java 平台的演进（如 Project Valhalla）存在潜在冲突。
• 目标：
  • 易用性： 提供比 JNI 更简洁、更符合 Java 习惯的 API。
  • 安全性： 默认保证内存安全，避免 JNI 中常见的内存泄漏和崩溃问题。
  • 性能： 提供与 JNI 相当甚至更好的性能。
  • 通用性： 支持不同的本地函数调用约定和内存布局。
  • 纯 Java： 避免需要编写 C/C++ "胶水代码"。
• 核心概念：
  • MemorySegment: 表示一段连续的内存区域（堆内或堆外）。
  • MemoryAddress: 表示内存地址。
  • MemoryLayout: 描述结构化内存布局（如 C 结构体）。
  • SymbolLookup: 用于查找本地函数地址。
  • Linker: 提供调用本地函数的能力。
• 优势：
  • 取代 JNI 的潜力： 提供了一个现代化、更健壮的本地互操作方案。
  • 与 Project Panama 结合： 是 Project Panama 的关键部分，旨在改进 Java 与非 Java 代码的连接。
  • 高性能计算： 对于需要大量调用本地库或直接操作内存的应用（如图形处理、科学计算、大数据）尤其有价值。

注意： 该特性在 JDK 17 中处于孵化阶段 (Incubator)，意味着 API 极有可能在未来版本中发生重大变化，不建议在生产环境中使用。需要通过 --add-modules jdk.incubator.foreign 引入模块。

4. JEP 414: Vector API (Second Incubator) - 第二轮孵化

Vector API 旨在提供一种机制，让 Java 程序能够可靠且高效地利用现代 CPU 的 SIMD（Single Instruction, Multiple Data）指令（如 Intel 的 AVX、ARM 的 NEON）。

• 背景： SIMD 指令允许 CPU 在单条指令中对多个数据元素执行相同的操作，能显著提升向量化计算（如数学运算、数组处理、机器学习）的性能。但 Java 之前缺乏标准的、平台无关的方式来利用 SIMD。
• 目标：
  • 提供清晰、简洁的 API 来表达向量化计算。
  • 实现平台无关性，能在支持 SIMD 的不同 CPU 架构上运行。
  • 在运行时动态地将向量化操作编译成相应的高效 SIMD 指令。
  • 提供比自动向量化（Auto-Vectorization）更可靠、更可预测的性能。
• 核心概念：
  • Vector<E>: 表示一个包含多个元素（类型为 E）的向量。
  • VectorSpecies<E>: 定义向量的大小和形状，通常与底层硬件的 SIMD 寄存器宽度匹配。
  • 提供丰富的向量化操作方法（如加、减、乘、除、逻辑运算、比较等）。
• 优势：
  • 显著的性能提升： 对于适合向量化处理的算法，可以获得数倍的性能提升。
  • Java 层面的控制： 开发者可以直接在 Java 代码中编写和控制向量化逻辑。
  • 未来潜力： 对于数据密集型应用、科学计算、AI/ML 等领域至关重要。

注意： 该特性在 JDK 17 中处于第二轮孵化阶段，API 仍在演进中。需要通过 --add-modules jdk.incubator.vector 引入模块。

5. JEP 403: Strongly Encapsulate JDK Internals (强封装 JDK 内部 API)

这是 Project Jigsaw（Java 模块化系统）目标的延续，旨在默认强力封装 JDK 的所有内部元素，除了少数关键的内部 API（如 sun.misc.Unsafe）外。

• 背景： 长期以来，许多库和应用程序为了实现某些特定功能或追求性能，会通过反射等手段访问 JDK 的内部 API。这种做法非常脆弱，因为内部 API 并非标准，可能在任何 JDK 版本更新中被修改或移除，导致兼容性问题。Java 9 引入模块系统后，开始限制对内部 API 的访问，并通过 --illegal-access 参数提供了过渡期。
• JDK 17 的变化：
  • 默认情况下，所有 JDK 内部 API 都被强封装，无法通过反射等方式从外部访问（除非模块明确导出了该包）。
  • 之前用于放宽限制的 --illegal-access 参数不再有效（会被忽略并打印警告）。
  • 如果确实需要访问某个内部 API，必须使用 --add-opens 命令行参数在启动时精确地打开特定包的访问权限。
• 影响：
  • 提高平台安全性与稳定性： 阻止了对非标准、不稳定 API 的依赖，使得 JDK 的内部实现可以更自由地演进和优化。
  • 促进生态系统健康： 鼓励库和框架使用标准的、受支持的 API。
  • 迁移挑战： 依赖内部 API 的老旧应用程序或库在升级到 JDK 17 时可能会遇到 IllegalAccessException 或 InaccessibleObjectException 等错误，需要进行代码修改或配置 --add-opens。
• 建议： 开发者应检查自己的代码和依赖库，尽可能移除对 JDK 内部 API 的依赖，改用标准的公共 API。如果确实无法避免，需要明确使用 --add-opens 进行配置，并意识到这是一种风险较高的做法。

6. JEP 398: Deprecate the Applet API for Removal (废弃 Applet API 以准备移除)

Applet API 是早期用于在 Web 浏览器中运行 Java 小程序的技术，但早已过时且存在严重安全风险。

• 背景： Applet 技术依赖浏览器插件，而现代浏览器已普遍移除或限制了插件支持。HTML5、JavaScript 和相关 Web 技术已成为构建富客户端 Web 应用的主流。Applet API 本身也存在诸多安全漏洞。
• JDK 17 的变化： 将 Applet API（java.applet 包及其相关类）标记为 deprecated，并明确 forRemoval=true。这意味着它将在未来的某个 JDK 版本中被完全移除。
• 影响：
  • 任何仍然依赖 Applet 的应用程序将无法在未来的 JDK 版本上编译或运行。
  • 这是一个明确的信号，开发者应尽快将基于 Applet 的应用迁移到现代 Web 技术或其他替代方案（如 Java Web Start 的替代品、桌面应用等）。

7. JEP 410: Remove the Experimental AOT and JIT Compiler (移除实验性的 AOT 和 JIT 编译器)

移除了在之前版本中引入的实验性、基于 Graal 的提前编译（AOT）和即时编译（JIT）功能。

• 背景： 这些实验性功能（通过 jaotc 工具和 -XX:+EnableJVMCIProduct 等选项启用）使用 Graal 编译器作为 Java 级别编写的 JIT 替代方案。然而，维护这些实验性功能成本较高，且与 GraalVM 项目本身的发展方向有所重叠。
• JDK 17 的变化： 完全移除了这些实验性的 AOT 和 JIT 代码。
• 影响：
  • 使用这些实验性功能的用户需要寻找替代方案。
  • 对于需要 AOT 编译的用户，官方推荐使用 GraalVM Native Image 技术。
  • HotSpot JVM 默认的 C++ 编写的 JIT 编译器（C1 和 C2）不受影响，仍然是 Java 性能的核心。GraalVM 也可以作为 HotSpot 的 JIT 编译器使用（通过 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+EnableJVMCI），但这部分并未移除。移除的是基于 jaotc 的静态 AOT 和一个特定的实验性 JIT 模式。

8. JEP 382: New macOS Rendering Pipeline (新的 macOS 渲染管道)

为 Java 2D API 在 macOS 平台上实现了一个新的图形渲染管道，使用 Apple 的 Metal API 替代了之前使用的、已被 Apple 废弃的 OpenGL API。

• 背景： Apple 宣布在其平台上废弃 OpenGL，并推荐使用其自家的 Metal 图形 API。为了保持 Java GUI 应用在 macOS 上的兼容性和性能，需要进行底层渲染引擎的切换。
• 影响：
  • 确保了 Java Swing/AWT 应用在未来 macOS 版本上的正常运行和良好性能。
  • 对开发者通常是透明的，除非遇到与特定渲染行为相关的边缘情况。

9. JEP 356: Enhanced Pseudo-Random Number Generators (增强的伪随机数生成器)

提供了一组新的接口和实现，用于生成伪随机数 (PRNG)。

• 背景： Java 原有的 java.util.Random 及其子类 ThreadLocalRandom 在算法选择和 API 设计上存在一些局限性。
• 改进：
  • 引入了新的接口 RandomGenerator，提供了更统一、更现代的 API。
  • 提供了一系列新的、可跳转的（Jumpable）、可分割的（Splittable）以及具有更好统计特性的 PRNG 算法实现，如 LXM 系列（如 L32X64MixRandom, L64X128StarStarRandom）和 Xoshiro/Xoroshiro 系列。
  • 新的 RandomGeneratorFactory 类可以方便地发现和选择所需的 PRNG 算法。
• 优势：
  • 更多选择： 开发者可以根据具体需求（如性能、周期长度、统计质量、并行性）选择更合适的 PRNG 算法。
  • 更好的 API： 新接口设计更灵活，易于使用。

10. JEP 306: Restore Always-Strict Floating-Point Semantics (恢复始终严格的浮点语义)

恢复了 Java 早期版本（1.2 之前）的严格浮点语义（strictfp）作为默认行为。

• 背景： 为了在某些旧硬件上获得性能提升，Java 1.2 之后默认允许浮点计算具有一定的平台差异性（非 strictfp）。但随着现代硬件的发展，这种性能优势不再明显，而跨平台结果不一致的问题却依然存在。
• JDK 17 的变化： 默认情况下，所有浮点计算都遵循严格的 IEEE 754 浮点运算标准，确保在所有平台上结果一致。strictfp 关键字仍然存在但不再具有强制效果（因为默认已经是严格的了）。
• 影响：
  • 可预测性与一致性： 提高了浮点计算在不同平台间的可移植性和结果的可复现性。
  • 对于极少数依赖于之前非严格浮点行为获得微小性能优势的应用，可能会观察到轻微的性能变化。

三、性能改进与其他增强

除了上述主要的 JEP 特性外，JDK 17 还包含了许多底层的性能优化、垃圾收集器的改进和安全增强：

• 垃圾收集器 (GC) 改进：
  • ZGC (JEP 377) 和 Shenandoah (JEP 379) 这两个低延迟 GC 继续得到改进和优化，虽然它们在之前的版本已经可用，但在 LTS 版本中达到更成熟的状态。
  • G1 GC 作为默认 GC，也在持续进行性能调优。
• JVM 性能： 对 JIT 编译器、启动时间、内存占用等方面进行了持续优化。
• 安全性： 作为 LTS 版本，JDK 17 会持续接收最新的安全补丁和漏洞修复。强封装内部 API (JEP 403) 本身也是一个重要的安全加固措施。
• 代码清理和 API 更新： 移除了一些过时的功能（如 RMI Activation），更新了部分库 API。

四、对开发者和企业的影响

JDK 17 的发布对 Java 生态系统产生了深远的影响：

• 对开发者：
  • 新语言特性： Sealed Classes 和 Pattern Matching for switch（预览）等特性可以显著提升代码的表达力、简洁性和健壮性。
  • 现代化的 API： Foreign Function & Memory API 和 Vector API（孵化中）预示着 Java 在与本地代码交互和高性能计算方面的新方向。
  • 需要适应的变化： 强封装内部 API 要求开发者检查并更新对 JDK 内部实现的依赖。废弃 Applet API 则要求彻底告别这项旧技术。
  • 稳定的开发平台： LTS 版本意味着可以基于 JDK 17 进行较长时间的开发，而不必担心频繁的 API 变动。
• 对企业：
  • 理想的升级目标： 对于仍在使用 JDK 8 或 JDK 11 的企业，JDK 17 提供了一个具有长期支持、更高性能、更强安全性和丰富新特性的现代化平台。
  • 降低风险和成本： 选择 LTS 版本可以降低因频繁升级带来的测试、兼容性验证和部署成本，同时享受长期的安全维护。
  • 吸引和保留人才： 使用较新版本的 Java 技术有助于吸引和留住对新技术感兴趣的开发者。
  • 面向未来： 迁移到 JDK 17 使企业能够利用 Java 最新的创新成果，并为未来采用更新的 Java 版本做好准备。

五、迁移到 JDK 17 的考量

迁移到 JDK 17 需要仔细规划和测试：

1. 依赖检查： 确保所有使用的库和框架都兼容 JDK 17。特别注意那些可能依赖 JDK 内部 API 的库。
2. 内部 API 访问： 使用 jdeps 工具（尤其是 -jdkinternals 选项）扫描代码，找出对 JDK 内部 API 的依赖。替换为公共 API 或使用 --add-opens 明确配置。
3. 废弃 API： 检查代码中是否使用了 Applet API 或其他被废弃的 API，并进行替换。
4. 测试： 进行全面的功能测试、性能测试和回归测试，确保应用程序在 JDK 17 上按预期运行。关注浮点计算行为的变化（虽然通常是向好的方向）。
5. 构建工具和 CI/CD： 更新构建脚本（Maven, Gradle 等）和持续集成/持续部署流程以支持 JDK 17。

六、结论：Java 发展的新基石

Oracle JDK 17 不仅仅是 Java 众多版本中的一个，它是一个精心打磨、承载着长期承诺的 LTS 版本。它汇集了数年来的重要语言创新（如 Sealed Classes）、预览着未来的发展方向（如 Pattern Matching for switch, FFM API, Vector API），并坚决地推进了平台的现代化和安全性（如强封装内部 API）。

对于广大 Java 开发者而言，JDK 17 提供了更强大、更简洁、更安全的编程工具。对于企业而言，JDK 17 代表着稳定、可靠和面向未来的技术投资。选择 JDK 17，意味着选择了一个能够支撑关键业务应用长期运行，并能持续受益于 Java 生态系统创新和安全保障的坚实平台。它是 Java 发展道路上一个重要的里程碑，为 Java 的下一个十年奠定了坚实的基础。