Java 21特性

Java 21是2023年9月发布的Java平台版本，也是许多供应商提供长期支持（LTS）的迁移基线。 LTS是发行商的支持政策，不是Java语言中的兼容性开关；支持期限要以实际JDK发行商的承诺为准。 对源码而言，关键问题始终是项目声明的最低版本，以及是否允许预览特性。

这个版本同时改进了并发模型、模式匹配和集合API。 虚拟线程（virtual thread） 让一个阻塞任务对应一个线程的写法可以扩展到大量并发任务； 记录模式（record pattern） 与 模式匹配（pattern matching） switch把类型检查、解构和分支放进同一个编译器检查的结构。 有序集合（sequenced collection） 则统一了首元素、尾元素和反向视图的访问方式。

“Java 21特性”不等于“在Java 21中出现过的每项提案都已成为永久API”。 虚拟线程、记录模式、模式switch和有序集合在Java 21中正式交付，无需预览开关。 结构化并发与字符串模板在该版本中只是预览；截至Java 25，结构化并发仍是预览API，而字符串模板的后续提案已经撤回。

因此，这个主题是一份版本边界指南，而不是完整发布说明。 它聚焦普通应用最常遇到的稳定能力，并明确标出旧教程最容易误导生成代码的预览历史。 垃圾收集器、密码学和平台移植等其他JDK 21变化，应按各自的运行时或安全主题评估。

稳定特性与预览提案

下面的状态描述Java 21源码边界，并补充Java 25时可观察到的后续变化。 只有“正式”行可以在--release 21且不带--enable-preview时使用。

预览特性（preview feature） 已经完整实现，但尚未成为Java SE的永久组成部分。 它需要显式选择加入，让开发者试用并反馈设计；语法或API可以在下一版变化，也可以完全撤回。 预览不是“默认关闭的稳定功能”，因此不能把带预览开关的成功编译当作稳定Java 21兼容性证明。

虚拟线程共享载体

虚拟线程仍是java.lang.Thread实例，使用同样的阻塞式调用栈、异常处理和中断模型。 区别在于，它由JDK调度，不会在整个生命周期里独占一个操作系统线程。 虚拟线程运行Java代码时会挂载到一个 载体线程（carrier thread） ；许多JDK阻塞操作会让它卸载，载体随后可以运行别的虚拟线程。

Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()为每个提交的任务创建一个新虚拟线程。 它不是需要调节大小的线程池，也不会替数据库连接、远端配额或内存建立背压。 当下游资源只能承受固定并发量时，应使用信号量、连接池或服务自身的限额单独约束资源访问。

虚拟线程主要改善等待占比高的工作负载。 CPU密集任务仍受处理器核心数限制，创建更多虚拟线程不会让计算本身更快。 它们还支持ThreadLocal，但“支持”不代表适合给每个短命任务缓存大型对象。

记录模式与模式switch

记录模式依据记录组件的声明顺序解构值，并在模式成功时绑定带类型的局部变量。 模式可以嵌套，因此一个分支能同时验证外层记录类型和内部记录形状。 这不会绕过构造器校验，也不会让记录组件引用的可变对象自动变成不可变对象。

模式 switch表达式（switch expression） 按源码顺序选择第一个适用标签。 较宽的无守卫类型模式会支配后面的较窄模式，编译器会把不可到达的分支判为错误。 对密封层次进行穷尽匹配时通常不需要default，这样新增分支会在重新编译消费者时暴露出来。

null仍需要明确策略。 存在case null时会选择该分支；不存在时，选择器为null仍会抛出NullPointerException，default不会替它兜底。 守卫用when写在模式之后，适合表达模式已经匹配时才有意义的额外条件。

有序集合提供反向视图

JEP 431引入SequencedCollection、SequencedSet和SequencedMap，统一表示定义了遇见顺序的集合。 List、Deque、LinkedHashSet、SortedSet及相应映射类型由此获得一致的两端或反向访问接口。 具体类型仍保留自己的约束，例如某些不可修改集合和排序集合不支持在任意一端插入。

reversed()返回顺序相反的视图，不是元素副本。 原集合的变化会出现在反向视图中；如果该操作受支持，通过视图进行的变化也会写回原集合。 需要快照时，应显式复制视图，并同时决定副本是否必须不可修改。

按顺序应用版本边界

迁移时先确定源码级别，再区分正式与预览特性， 最后检查部署运行时带来的实现变化。 这个顺序能避免两种常见混淆：把“能在新JDK上运行”当成“能为旧版本编译”，以及把“曾在发布说明中出现”当成“今天仍存在”。

构建必须覆盖生产源码和测试源码，因为测试辅助类同样可能混入新语法或新API。 Maven、Gradle、IDE和CI也要表达同一个发布目标；只设置字节码目标版本，未必会同时限制语言语法和标准库表面。

升级运行时后再复核性能建议与诊断开关。 虚拟线程的公共API在Java 21已经稳定，但固定行为在Java 24得到改进，这类变化不会由源码级别检查提示。 把源码契约和运行时调优记录成两个字段，比笼统写“项目使用Java 21”更准确。

解构一个密封领域模型

第一个示例把记录模式、when守卫、case null和密封层次的穷尽检查放在一起。 两个Shipment分支必须按从具体到一般的顺序排列，否则无守卫分支会支配加急分支。

Delivery只有两个允许的实现，两个记录分支已经覆盖所有非空值。 显式case null补上输入边界，所以这里不需要含糊的default。 这段程序使用javac --release 21 -Xlint:all编译并运行，无需预览开关。

为每个阻塞任务创建虚拟线程

这个批处理为每个订单读取创建一个虚拟线程，并通过Future.get()按固定顺序收集结果。 Thread.sleep()只模拟数据库或网络等待；输出中的virtual=true验证任务确实在虚拟线程上运行。

import java.util.concurrent.Executors;

public class VirtualThreadBatch {
    record Result(int orderId, boolean virtual) {}

    static Result loadOrder(int orderId) throws InterruptedException {
        // 这里用休眠模拟阻塞式数据库或网络 I/O。
        Thread.sleep(20);
        return new Result(orderId, Thread.currentThread().isVirtual());
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
            var first = executor.submit(() -> loadOrder(101));
            var second = executor.submit(() -> loadOrder(102));
            var third = executor.submit(() -> loadOrder(103));

            System.out.println(first.get());
            System.out.println(second.get());
            System.out.println(third.get());
        }
    }
}

Result[orderId=101, virtual=true]
Result[orderId=102, virtual=true]
Result[orderId=103, virtual=true]

try结束时会关闭执行器，并等待已提交任务完成。 这个生命周期边界很重要：如果执行器长期存活且提交速度没有限制，虚拟线程本身的低成本仍无法保护下游系统。 真实服务还必须为取消、中断、超时和部分失败制定策略。

观察反向视图的写穿行为

最后一个示例从ArrayList获取首尾元素，并保留它的反向视图。 先修改原列表，再通过视图删除元素，可以看到两个方向共享同一份内容。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class SequencedStops {
    public static void main(String[] args) {
        var stops = new ArrayList<>(List.of("Paris", "Lyon", "Nice"));
        var reverseView = stops.reversed();

        System.out.println(stops.getFirst() + " -> " + stops.getLast());
        System.out.println(reverseView);

        // 反向集合是视图，因此两个方向都能看到修改。
        stops.addFirst("Lille");
        System.out.println(reverseView);
        reverseView.removeFirst();
        System.out.println(stops);
    }
}

Paris -> Nice
[Nice, Lyon, Paris]
[Nice, Lyon, Paris, Lille]
[Lille, Paris, Lyon]

reverseView.removeFirst()删除的是原列表的最后一个元素Nice。 如果调用方需要与原列表脱离，应在明确的时刻创建new ArrayList<>(stops.reversed())。 复制只改变集合容器的所有权，不会递归复制其中的可变元素。

**修复：**先把每项特性标为正式、预览、孵化或已撤回，再按项目源码级别查对应JEP。 稳定Java 21代码不应出现字符串模板或结构化并发API；确实采用预览时，要把编译器、运行时和测试都绑定到同一JDK版本。

**修复：**为每个独立阻塞任务创建虚拟线程，让调度器管理载体。 用信号量、连接池或速率限制器约束稀缺资源；CPU密集工作则按处理器并行度设计和测量。

**修复：**盘点所有线程局部值及其生命周期，只保留确实属于任务上下文的小值。 大型缓冲区应采用有界共享池或显式所有权，并用真实并发量进行堆内存测试。

**修复：**按部署运行时审查固定。 Java 24的JEP 491消除了几乎所有监视器导致的固定；Java 25应按语义选择锁，并通过JFR排查剩余的原生调用、类加载或初始化固定，而不是机械改写。

**修复：**由当前模块拥有的闭合层次应列出全部分支并省略default，同时单独决定null策略。 把更具体或带守卫的模式放在无守卫父类型模式之前，并让CI编译所有消费者。

**修复：**把变量命名为reverseView，并在API契约中说明它是活视图。 需要独立结果时显式复制；需要不可修改结果时再用合适的复制或包装API建立该保证。

• JDK 21项目页与全部JEP
• JEP 444：虚拟线程
• JEP 440：记录模式
• JEP 441：模式switch
• JEP 431：有序集合
• JEP 491：让虚拟线程在synchronized中不再固定