Java 9正式發(fā)布,新特性解讀

責任編輯:editor004

作者:楊曉峰

2017-09-22 10:11:22

摘自:InfoQ

針對 Java 9 新特性的介紹已經(jīng)非常多了,我這里不想再做一個百科全書一樣的列表,希望從不同角度簡要點評部分特性。JSR 376 Java 平臺模塊化系統(tǒng)(JPMS, Java Platform Module System)作為 Jigsaw 項目的核心, 其主體部分被分解成 6 個 JEP(JDK Enhancement Proposals)

 編輯|徐川、小智

在歷經(jīng)多次跳票之后,Java 9 終于在千呼萬喚中正式發(fā)布。從這個版本開始,Java 將每半年發(fā)布一個版本。作為霸占編程語言排行榜鰲頭多年的老牌語言,Java 9 中有哪些不得不說的新特性?Java 語言的未來又將如何?

針對 Java 9 新特性的介紹已經(jīng)非常多了,我這里不想再做一個百科全書一樣的列表,希望從不同角度簡要點評部分特性。

Jigsaw

首先,談到 Java 9 大家往往第一個想到的就是 Jigsaw 項目,這是一個雄心勃勃的項目。

大家知道,Java 已經(jīng)發(fā)展超過 20 年(95 年最初發(fā)布),Java 和相關(guān)生態(tài)在不斷豐富的同時也越來越暴露出一些問題,比如 Java 運行環(huán)境的膨脹和臃腫,各種類庫和工具在提供強大功能的同時,也越來越復(fù)雜,不同版本的類庫交叉依賴導(dǎo)致 Jar Hell 等讓人頭疼的問題,這些都阻礙了 Java 開發(fā)和運行效率的提升。

但是由于兼容性等各方面的掣肘,對 Java 進行大刀闊斧的革新越來越困難,Jigsaw 從 Java 7 階段就開始籌備,Java 8 階段進行了大量工作,終于在 Java 9 里落地,有種千呼萬喚始出來的意味。

Jigsaw 項目的目標是改進 Java SE 平臺,使其可以適應(yīng)不同大小的計算設(shè)備;改進其安全性,可維護性,提高性能;簡化各種類庫和大型應(yīng)用的開發(fā)和維護。

這個項目的工作量和難度大大超出了初始規(guī)劃。JSR 376 Java 平臺模塊化系統(tǒng)(JPMS, Java Platform Module System)作為 Jigsaw 項目的核心, 其主體部分被分解成 6 個 JEP(JDK Enhancement Proposals)

200: The Modular JDK

201: Modular Source Code

220: Modular Run-Time Images

260: Encapsulate Most Internal APIs

261: Module System

282: jlink: The Java Linker

可以看到這是一個龐大的系統(tǒng)工程,Java 的方方面面,包括 JDK 編譯工具,運行時,Java 公共 API 和私有代碼等等,完全是一個整體性的改變。

隨著 Java 平臺模塊化系統(tǒng)的落地,開發(fā)人員無需再為不斷膨脹的 Java 平臺苦惱,例如,您可以使用 jlink 工具,根據(jù)需要定制運行時環(huán)境。這對于擁有大量鏡像的容器應(yīng)用場景或復(fù)雜依賴關(guān)系的大型應(yīng)用等,都具有非常重要的意義。

從軟件開發(fā)實踐的角度,Java 語言層面提供對模塊的支持,可以鼓勵(當然在某種程度上也可以看作強制)更加規(guī)范的開發(fā)實踐,利用業(yè)界在開發(fā)領(lǐng)域幾十年的經(jīng)驗、教訓(xùn)總結(jié)出的最佳實踐,促進 Java 生態(tài)的健康發(fā)展。比如,更加完善的隱藏實現(xiàn)細節(jié),這不僅可以促進面向接口、約定的編程,也可以避免可能的安全風險等。

不過,換個角度來說,天下沒有免費的午餐,由于 JPMS 是語言平臺層面的支持,它并不是完全透明的,也就是說不管用戶是否真的需要或從中收益,都會或多或少的受其影響。

對此,我們可以從 JPMS 評審中針對類似深度反射限制之類的激烈爭吵中,深刻體會到。比如,針對反射訪問控制,最終 Java 9 開發(fā)團隊,采取了相對折中的辦法,在反射領(lǐng)域默認保持 Java 8 的默認行為。Java 9 在兼容性方面,相比于過往的版本,采取了更大的容忍度。

不過,Java 9 的相當一部分特性仍然是對用戶透明的。只要升級到 Java 9,不需要或者很少需要用戶參與動作就能獲益。比如,更加緊湊的字符串實現(xiàn);改進的競爭鎖機制;改進安全應(yīng)用性能 ;利用特定 CPU 指令優(yōu)化 GHASH 和 RSA 等等,這些都是開箱即用、觸手可得的改進。

Java 9 值得關(guān)注的新特性

對于部分開發(fā)者來說,探究 Java 內(nèi)部 API 或者平臺底層能力是一件非??岬氖虑?,但這往往并不是非常容易,比如部分能力可能并沒有在歷史版本的公共 API 中暴露出來(比如 Unsafe 相關(guān)),或者需要特定領(lǐng)域的知識。在 Java 9 中,不要錯過 JEP 193: Variable Handles 和 JEP 274: Enhanced Method Handles,JEP 259: Stack-Walking API,JEP 285: Spin-Wait Hints 等特性。

另外,Java 9 中還有很多承上啟下的特性,為未來創(chuàng)新打下基礎(chǔ)或者整合、規(guī)范現(xiàn)有碎片化的功能,我會介紹一些有代表性的新特性。

在 Java 虛擬機領(lǐng)域,JEP 271: Unified GC Logging 和 JEP 158:Unified JVM Logging,對各種 JVM 日志進行了統(tǒng)一,大家終于不用為各種碎片化的日志選項苦惱了。

Oracle 一直在努力提高 Java 啟動和運行時性能,希望其能夠在更廣泛的場景達到或接近本地語言的性能。但是,直到今天,談到 Java,很多 C/C++ 開發(fā)者還是會不屑地評價為啟動慢,吃內(nèi)存。

簡單說,這主要是因為 Java 編譯產(chǎn)生的類文件是 Java 虛擬機可以理解的二進制代碼,而不是真正的可執(zhí)行的本地代碼,需要 Java 虛擬機進行解釋和編譯,這帶來了額外的開銷。

JIT(Just-in-time)編譯器可以在運行時將熱點編譯成本地代碼,但是實際應(yīng)用可能非常龐大,大型 Java 應(yīng)用的預(yù)熱往往非常耗時,而且非熱點代碼可能根本沒有機會被 JIT 編譯。

在 JDK 9 中, AOT(JEP 295: Ahead-of-Time Compilation)作為實驗特性被引入進來,開發(fā)者可以利用新的 jaotc 工具將重點代碼轉(zhuǎn)換成類似類庫一樣的文件,這樣會大大降低啟動開銷。

另外 JVMCI (JEP 243: Java-Level JVM Compiler Interface)等特性,對于整個編程語言的發(fā)展,可能都具有非常重要的意義,雖然未必引起了廣泛關(guān)注。目前 Graal Core API 已經(jīng)被集成進入 Java 9,雖然還只是初始一小步,但是完全用 Java 語言來實現(xiàn)的可靠的、高性能的動態(tài)編譯器,似乎不再是遙不可及,這是 Java 虛擬機開發(fā)工程師的福音。

與此同時,隨著 Truffle 框架和 Substrate VM 的發(fā)展,已經(jīng)讓個別信心滿滿的工程師高呼“One VM to Rule Them All!”, 也許就在不遠的將來 Ploygot 以一種另類的方式成為現(xiàn)實。

談?wù)?Java 的未來

前面簡短地談了談 Java 9 中的一些令人激動的特性,Java 9 在取得這些進步的同時,那么在其的研發(fā)過程中有哪些教訓(xùn),當前和未來遇到了那些挑戰(zhàn)呢?

首先,就是如何更加快速、敏捷地進行創(chuàng)新。在 Java 9 的開發(fā)過程中, 非常突出的一點就是,由于 Jigsaw 項目的延期,導(dǎo)致 Java 9 的發(fā)布一再推遲,這帶來了很多負面影響。大批特性已經(jīng)完成多時,卻無法及時被實際應(yīng)用采納,開發(fā)者無法及時地從中獲益,也很難盡早發(fā)現(xiàn)和反饋可能存在的問題或改進。這不禁讓人反思 Java 傳統(tǒng)的研發(fā)模式的局限性。

針對這些情況,Java 首席架構(gòu)師 Mark Reinhold 已經(jīng)發(fā)出倡議,建議從傳統(tǒng)的以特性驅(qū)動的發(fā)布周期,轉(zhuǎn)變?yōu)橐詴r間驅(qū)動的(6 個月為周期)發(fā)布模式,并逐步的將 Oracle JDK 原有商業(yè)特性進行開源,Java Flight Recorder 等殺手級工具和特性,一定會大受開發(fā)者的歡迎。針對企業(yè)客戶的需求,Oracle 將以三年為周期發(fā)布長期支持版本(long term support)。

第二,隨著云計算和 AI 等技術(shù)浪潮,當前的計算模式和場景正在發(fā)生翻天覆地的變化,不僅對 Java 的發(fā)展速度提出了更高要求,也深刻影響著 Java 技術(shù)的發(fā)展方向。傳統(tǒng)的大型企業(yè)或互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,正在被云端,容器化應(yīng)用、模塊化的微服務(wù)甚至是函數(shù)(FaaS, Function-as-a-Service)所替代。

Java 需要在新的計算場景下,改進開發(fā)效率。這話說的有點籠統(tǒng),我談一些自己的體會,Java 代碼雖然進行了一些類型推斷等改進,更易用的集合 API 等,但仍然給開發(fā)者留下了過于刻板、形式主義的印象,這是一個長期的改進方向,例如,JEP 286: Local-Variable Type Inference;持續(xù)改進并發(fā)計算框架,Java 的并發(fā)特性非常強大和系統(tǒng),但某種程度上過于復(fù)雜,在今年的 JVMLS 上,阿里巴巴 AJDK 組介紹了利用協(xié)程改進并發(fā)的實踐,這是一個令人眼前一亮的創(chuàng)新;Java 非常需要更加友好的本地代碼支持,相關(guān)的特性有很多好的想法和嘗試,比如 Panama 項目;Value Types 和改進的泛型,有興趣可以參考 Valhalla 項目。

最后,進一步改進啟動和運行性能、優(yōu)化計算資源使用。目前,相當一部分的 Java 類庫和虛擬機特性都是針對長時間、大數(shù)據(jù)量、高并發(fā)等復(fù)雜任務(wù)進行的優(yōu)化,但是在部分云計算場景中,比如越來越引起大家關(guān)注的 FaaS 應(yīng)用,短時間、無狀態(tài)的函數(shù)正在成為常見的計算單元。那么在這種場景下,Java 必須進行相應(yīng)的改進和創(chuàng)新,才能保持和強化目前在軟件開發(fā)領(lǐng)域的競爭力。比如,提高 Java 運行時啟動速度,尤其是在容器環(huán)境的初始化表現(xiàn);保證 CPU 等計算資源調(diào)度能力能夠適應(yīng)容器環(huán)境的新情況,最直接的就是 Java 平臺需要支持基于 cgroup 等技術(shù)的資源管理;針對新場景下的 GC 優(yōu)化;如何提高數(shù)據(jù)密度和計算效率等等。

以上很多方面往往不是孤立的,也不是非常簡單就可以完成的,很多改進都是依賴于相關(guān)語言基礎(chǔ)技術(shù)的進步和突破,Java 的進步需要持之以恒的耐心和持續(xù)的努力與投入。

最后,歡迎大家能夠參與到 OpenJDK 社區(qū),Java 是大家的,歡迎您向 OpenJDK 提供建議、意見或者直接提交自己的改進,在社區(qū)中聽見越來越多的來自中國的聲音是非常令人高興的事情,讓我們攜手促進 Java 的創(chuàng)新和發(fā)展。

延伸閱讀

InfoQ 一直關(guān)注 Java 的發(fā)展,我們也對 Java 9 的一些新特性進行了跟進報道,歡迎查看我們以往對 Java 9 的報道。

QCon 演講:Java 9 新特性介紹及 Jigsaw 一覽:

http://www.infoq.com/cn/presentations/introduction-of-java9-new-features-jigsaw

Java 老矣,尚能飯否?戳→傳送門

Java 9,OSGi 以及模塊化的未來:

http://www.infoq.com/cn/articles/java9-osgi-future-modularity

Java 9 AOT 初探:

http://www.infoq.com/cn/news/2017/01/Java-9-AOT-first

InfoQ 觀點:Java EE 的未來:

http://www.infoq.com/cn/articles/enterprise-java-opinion%20

Oracle 的 Java 模塊化系統(tǒng)保衛(wèi)戰(zhàn):

http://www.infoq.com/cn/news/2017/06/oracle-defends-jpms

親愛的讀者朋友,你對于 Java 的未來如何看待?

除了上述提到的 Java 9 的新特性和我個人所判斷的未來之外,我將會在 10 月 17-19 日的 QCon 全球軟件開發(fā)大會(上海站)詳細分享 Java 9 的模塊化開發(fā)實踐,針對可能遇到的問題,提供一些診斷和修正方法。歡迎大家到現(xiàn)場交流。

詳情可戳「 閱讀原文 」,報名可以聯(lián)系票務(wù)經(jīng)理 Hanna ,電話:15110019061,微信:qcon-0410。

作者介紹

楊曉峰,2011 年加入 Oracle 北京研發(fā)中心 Java 團隊,Principal Member of Technical Staff, OpenJDK Committer,目前領(lǐng)導(dǎo) Java 核心類庫北京團隊,主要負責 Java 9 核心類庫新特性相關(guān)任務(wù)。個人興趣主要專注于 Java 以及其他編程語言的新特性,尤其是在云計算等前沿領(lǐng)域的應(yīng)用和演進。

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