大家好！今天我要和大家分享 Java 10 中引入的重要特性。作為 2018 年 3 月發佈的短期支持版本，Java 10 雖然只有 6 個月的支持週期，但它引入了一些非常實用的新功能，特別是備受歡迎的局部變量類型推斷。下面我們將深入探討這些特性，並通過實際案例來展示它們的應用價值。

1. 局部變量類型推斷 (JEP 286)

Java 10 最引人注目的特性當屬局部變量類型推斷，它允許我們使用var關鍵字讓編譯器自動推斷局部變量的類型。

基本用法

// 傳統方式
String message = "Hello, Java 10";
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

// 使用var (Java 10新特性)
var message = "Hello, Java 10";
var list = new ArrayList<String>();

編譯器會根據右側的表達式推斷出左側變量的類型。這並不意味着 Java 變成了動態類型語言，變量的類型在編譯時就已確定。

適用場景分析

var可以讓代碼更簡潔，特別是在處理複雜類型時：

// 傳統方式 - 類型聲明重複且冗長
Map<String, List<String>> userRoles = new HashMap<String, List<String>>();
Iterator<Map.Entry<String, List<String>>> iterator = userRoles.entrySet().iterator();

// 使用var - 更簡潔清晰
var userRoles = new HashMap<String, List<String>>();
var iterator = userRoles.entrySet().iterator();

變量命名的重要性：使用var時，應該給變量起一個描述性強的名字，以彌補類型信息的缺失。

// 不推薦 - 變量名缺乏描述性
var x = new HashMap<String, List<User>>();

// 推薦 - 變量名清晰表達其用途和類型
var userGroupsMap = new HashMap<String, List<User>>();

使用限制

並非所有地方都能使用var：

// 以下情況不能使用var
var x; // 錯誤：必須初始化
var nothing = null; // 錯誤：null可匹配任何引用類型，導致類型歧義
var lambda = () -> System.out.println("Hi"); // 錯誤：lambda需要顯式類型
var method = this::someMethod; // 錯誤：方法引用需要顯式類型
var[] array = new int[10]; // 錯誤：不能用於數組聲明

使用建議

graph TD
    A[需要使用var嗎?] --> B{是否為複雜泛型類型?}
    B -->|是| C[使用var簡化代碼]
    B -->|否| D{是否為簡單基本類型?}
    D -->|是| E[優先使用顯式類型聲明]
    D -->|否| F{變量名是否足夠描述性?}
    F -->|是| G[可以使用var]
    F -->|否| H[改進變量名或使用顯式類型]
    C --> I[確保變量名清晰描述其用途]

2. 垃圾收集改進（G1 GC 優化）

Java 10 對 G1 垃圾收集器進行了多項改進，引入了並行化 Full GC。

問題背景與實現原理

在 Java 9 及之前版本，G1 收集器的 Full GC 是單線程的，這在大堆內存環境下表現為明顯瓶頸：

1. 單線程瓶頸：當 G1 的增量回收無法跟上分配速率時，會觸發 Full GC，由於是單線程執行，大堆內存可能導致停頓時間達到秒級甚至分鐘級
2. 資源利用不足：現代服務器普遍擁有多核 CPU，單線程 Full GC 無法充分利用硬件資源

Java 10 通過以下方式實現了並行 Full GC：

• 將標記-清除-整理過程分解為多個並行任務
• 使用工作竊取算法(work-stealing)在多線程間平衡負載
• 複用了年輕代和混合收集中的並行算法

適用場景與性能提升

並行 Full GC 特別適合以下場景：

• 大內存堆應用（8GB 以上）
• 對延遲敏感的服務（如金融交易系統）
• 突發性高內存分配應用

// 啓用G1收集器並設置並行GC線程數
java -XX:+UseG1GC -XX:ParallelGCThreads=8 -XX:ConcGCThreads=2 -jar MyApplication.jar

G1 GC 關鍵參數説明：

• ParallelGCThreads：並行 GC 的線程數，通常設置為 CPU 核心數（或邏輯處理器數）。對於超過 8 核的系統，通常使用公式：8 + (N - 8) * 5/8（N 為核心數）
• ConcGCThreads：併發標記階段的線程數，建議設置為 ParallelGCThreads 的 1/4，以平衡 GC 線程與應用線程的資源爭用
• MaxGCPauseMillis：目標最大暫停時間（毫秒），默認 200ms，G1 會盡力控制停頓不超過此值

性能對比

以一個處理大量數據的應用為例：

public class MemoryIntensiveApp {
    public static void main(String[] args) {
        List<byte[]> memoryConsumer = new ArrayList<>();
        try {
            while (true) {
                // 每次分配1MB
                memoryConsumer.add(new byte[1024 * 1024]);
                System.out.println("已分配: " + memoryConsumer.size() + "MB");
                Thread.sleep(10);
            }
        } catch (OutOfMemoryError | InterruptedException e) {
            System.out.println("內存已耗盡或被中斷");
        }
    }
}

測試環境：16GB Java 堆，Intel Xeon 8 核處理器，32GB 系統內存

3. 應用程序類數據共享 (Application Class-Data Sharing)

功能介紹與內部機制

CDS(Class-Data Sharing)功能在 Java 5 就已經引入，但僅限於系統類。Java 10 將這個功能擴展到應用程序類，稱為 AppCDS。

工作原理：

1. AppCDS 將類元數據序列化保存到共享歸檔文件(.jsa)
2. 這些歸檔包含已處理的類文件（包括驗證、解析的常量池等）
3. 多個 JVM 實例可以映射同一個共享歸檔到內存，避免重複加載和處理相同的類

存儲格式：

• .jsa 文件（Java Shared Archive）包含預處理的類元數據
• 歸檔文件根據運行時內存佈局進行組織，可直接映射使用

實際應用與性能優勢

AppCDS 特別適合以下場景：

• 微服務架構：多個相同服務實例共享類數據
• 容器環境：減少每個容器的內存佔用
• 快速啓動要求高的應用：減少類加載和驗證時間

AppCDS 的侷限性

使用 AppCDS 時需要注意以下限制：

• 首次啓動開銷：第一次生成歸檔文件時需要額外時間，因此對於單次執行的程序收益有限
• 動態類不適用：通過反射、代理或字節碼生成的動態類無法被歸檔共享
• 版本敏感：歸檔文件與特定的 JVM 版本和應用版本綁定，JVM 或應用升級後需要重新生成
• 高內存環境收益有限：對於已經有大量內存的環境，節省的內存佔比相對較小

具體使用步驟：

# 1. 創建類列表
java -Xshare:off -XX:+UseAppCDS -XX:DumpLoadedClassList=classes.lst -jar myapp.jar

# 2. 創建共享歸檔
java -Xshare:dump -XX:+UseAppCDS -XX:SharedClassListFile=classes.lst -XX:SharedArchiveFile=myapp.jsa -jar myapp.jar

# 3. 使用共享歸檔啓動
java -Xshare:on -XX:+UseAppCDS -XX:SharedArchiveFile=myapp.jsa -jar myapp.jar

性能提升分析

測試環境：典型 Spring Boot 微服務應用，8GB 系統內存，4 核 CPU

graph LR
    A[啓動時間] --> B[無AppCDS: 12秒]
    A --> C[使用AppCDS: 8秒]
    D[內存佔用] --> E[無AppCDS: 每實例340MB]
    D --> F[使用AppCDS: 每實例290MB]
    G[多實例部署] --> H[無AppCDS: 類元數據重複]
    G --> I[使用AppCDS: 類元數據共享]

以部署 10 個微服務實例為例，AppCDS 可節省約 500MB 內存，且每個實例啓動時間減少約 30%。

4. 線程本地握手 (Thread-Local Handshakes)

技術解析與實現原理

Java 10 引入了一種在不執行全局 VM 安全點的情況下執行線程回調的方法，可以只停止單個線程而不是所有線程。

實現機制：

• 引入"單線程安全點"(per-thread safepoint)機制
• JVM 可以請求特定線程在安全點執行回調
• 不需要等待所有線程到達全局安全點

實際意義與性能提升

這個改進主要是 JVM 內部使用的，但對於應用程序來説，它意味着更少的停頓和更好的響應性：

• 減少 GC 相關停頓
• 提高調試器附加速度
• 改善 JVM 內置工具的響應性

應用場景舉例

雖然線程本地握手是 JVM 內部機制，但其效果在以下場景中明顯可感知：

• 調試場景：當使用 IDE 調試器或 JVM 工具（如 jstack、jmap）掛起特定線程進行分析時，只有目標線程會暫停，其他線程繼續執行，避免了整個應用凍結
• Thread.stop()等操作：當 JVM 執行線程控制操作（如已棄用但仍支持的 Thread.stop()）時，隻影響目標線程，不再需要全局安全點
• 選擇性 GC：允許 GC 操作隻影響需要停止的線程，其他線程可以繼續運行，減少整體應用的停頓時間

這對於大型多線程應用（如 Web 服務器、數據庫系統）的響應性有顯著改善。一個典型的場景是：在繁忙的服務器上，管理員可以對特定線程進行分析和監控，而不會導致整個服務暫停。

對比以前的全局安全點和新的線程本地握手：

graph TD
    A["安全點操作"] --> B["Java 9及之前"]
    A --> C["Java 10"]
    B --> D["停止所有線程等待安全點"]
    C --> E["只停止目標線程"]
    D --> F["全局停頓: 所有線程暫停"]
    E --> G["局部停頓: 隻影響目標線程"]
    F --> H["較長停頓時間、影響整體響應性"]
    G --> I["更短停頓時間、其他線程繼續執行"]

5. 基於時間的版本發佈模式

Java 10 開始實施新的版本發佈策略：每 6 個月發佈一個功能版本，版本號採用基於時間的命名方式。

新版本號格式

$FEATURE.$INTERIM.$UPDATE.$PATCH

例如：

• 10.0.1 表示 Java 10 的第一個更新版本
• 11.0.2 表示 Java 11 的第二個更新版本

短期版本與長期支持版本(LTS)對比

短期支持版本（如 Java 10）：

• 支持期僅為 6 個月
• 下一個版本發佈後不再提供更新
• 適合快速嘗試新特性的開發環境

長期支持版本（如 Java 11，17）：

• 提供至少 3 年的支持和更新
• 更穩定可靠，適合生產環境
• Oracle 提供商業支持選項

企業選擇版本的考量因素

• 項目生命週期與支持週期匹配
• 功能需求 vs 穩定性需求
• 升級規劃與資源成本
• 第三方庫的兼容性

發佈週期

graph LR
    A[Java 9] -->|6個月| B[Java 10]
    B -->|6個月| C[Java 11 LTS]
    C -->|6個月| D[Java 12]
    D -->|6個月| E[Java 13]
    E -->|6個月| F[Java 14]
    F -->|6個月| G[Java 15]
    G -->|6個月| H[Java 16]
    H -->|6個月| I[Java 17 LTS]

    style C fill:#8fbc8f
    style I fill:#8fbc8f

6. 其他重要改進

6.1 統一的垃圾收集器接口

Java 10 引入了一個乾淨的垃圾收集器接口，使得開發和維護不同的垃圾收集器變得更加容易。

// 可以更容易地使用命令行參數切換不同的收集器
// -XX:+UseG1GC
// -XX:+UseParallelGC
// -XX:+UseSerialGC

6.2 根證書更新

Java 10 添加了一組默認的根證書，增強了開箱即用的安全性。這項更新：

• 替換了 Java 9 之前幾乎為空的默認 cacerts 密鑰庫
• 集成了來自 Mozilla 的根證書計劃(Mozilla's CA Certificate Program)中的證書
• 添加了約 90 個根證書，使 Java 默認支持大多數常見的 TLS 安全站點
• 增強了對現代 TLS 協議和加密套件的支持

這一變化顯著減少了配置 SSL/TLS 連接的工作量：

// 示例：創建安全連接
try {
    var url = new URL("https://example.com");
    var connection = (HttpsURLConnection) url.openConnection();
    // 在Java 10中，不需要額外配置信任庫即可連接到標準安全網站
    try (var reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(connection.getInputStream()))) {
        reader.lines().forEach(System.out::println);
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

6.3 Optional 類的新方法

Java 10 為Optional類添加了新方法orElseThrow()，它是get()方法的替代品。

// Java 9 及之前
String name = optional.isPresent() ? optional.get() : null;
// 或
String name = optional.orElse(null);

// Java 10
String name = optional.orElseThrow(); // 如果為空則拋出NoSuchElementException

6.4 集合 API 的改進：不可變集合創建

Java 10 新增copyOf方法來創建不可變集合：

// 創建原始集合
List<String> originalList = new ArrayList<>();
originalList.add("one");
originalList.add("two");

// 使用copyOf創建不可變副本 - 可接收任何Collection實現
List<String> immutableList = List.copyOf(originalList);

// 與List.of的區別
List<String> listViaOf = List.of("one", "two"); // 直接從元素創建

copyOf 與 of 方法的區別：

1. copyOf接收任何集合作為輸入，而of接收單獨的元素
2. 如果輸入的集合已經是不可變的，copyOf可能直接返回該實例而非創建新副本
3. copyOf適合將現有可變集合轉換為不可變集合的場景

// 實用場景：API返回不可變結果防止修改
public List<User> getUsers() {
    // 內部使用可變集合處理數據
    List<User> users = new ArrayList<>();
    // 處理邏輯...

    // 返回不可變副本防止外部修改
    return List.copyOf(users);
}

實戰案例：使用 Java 10 特性簡化代碼

讓我們看一個綜合案例，展示如何使用 Java 10 的新特性來改進代碼：

傳統 Java 9 代碼

public class DataProcessor {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 讀取配置
        Map<String, List<String>> configuration = new HashMap<>();
        configuration.put("sources", Arrays.asList("file1.txt", "file2.txt"));

        // 處理文件
        List<String> fileContents = new ArrayList<>();
        for (String source : configuration.get("sources")) {
            BufferedReader reader = Files.newBufferedReader(Paths.get(source));
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                fileContents.add(line);
            }
            reader.close();
        }

        // 分析數據
        Map<String, Integer> wordFrequency = new HashMap<>();
        for (String line : fileContents) {
            String[] words = line.split("\\s+");
            for (String word : words) {
                if (word.length() > 0) {
                    Integer count = wordFrequency.getOrDefault(word.toLowerCase(), 0);
                    wordFrequency.put(word.toLowerCase(), count + 1);
                }
            }
        }

        // 輸出結果
        wordFrequency.entrySet().stream()
            .sorted(Map.Entry.<String, Integer>comparingByValue().reversed())
            .limit(10)
            .forEach(entry -> System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue()));
    }
}

使用 Java 10 特性優化後的代碼

public class DataProcessor {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 使用var簡化變量聲明，使用不可變集合
        var sourceFiles = List.of("file1.txt", "file2.txt");
        var configuration = new HashMap<String, List<String>>();
        configuration.put("sources", sourceFiles);

        // 使用try-with-resources和var，更簡潔地處理文件
        var fileContents = new ArrayList<String>();
        for (var source : configuration.get("sources")) {
            // try塊中可以使用var聲明資源
            try (var reader = Files.newBufferedReader(Paths.get(source))) {
                // 使用Stream API簡化讀取
                reader.lines().forEach(fileContents::add);
            }
        }

        // 使用var和Stream API簡化數據分析
        var wordFrequency = new HashMap<String, Integer>();
        fileContents.stream()
            .flatMap(line -> Arrays.stream(line.split("\\s+")))
            .filter(word -> !word.isEmpty())
            .map(String::toLowerCase)
            .forEach(word -> wordFrequency.merge(word, 1, Integer::sum));

        // 使用var簡化結果處理，返回不可變結果
        var topWords = wordFrequency.entrySet().stream()
            .sorted(Map.Entry.<String, Integer>comparingByValue().reversed())
            .limit(10)
            .collect(Collectors.toMap(
                Map.Entry::getKey,
                Map.Entry::getValue,
                (e1, e2) -> e1,
                LinkedHashMap::new
            ));

        // 創建不可變結果集
        var immutableResult = Map.copyOf(topWords);

        // 輸出結果
        immutableResult.forEach((word, count) ->
            System.out.println(word + ": " + count)
        );
    }
}

總結

Java 10 雖然是一個短期支持版本，但引入了多項有價值的新特性，特別是局部變量類型推斷（var）大大簡化了代碼編寫。同時，G1 垃圾收集器的改進和應用程序類數據共享也為性能提供了顯著提升。

以下是 Java 10 主要特性的總結表格：

希望這篇文章能幫助你更好地理解 Java 10 的新特性，並在實際開發中合理應用這些功能來提高代碼質量和性能！

感謝您耐心閲讀到這裏！如果覺得本文對您有幫助，歡迎點贊 👍、收藏 ⭐、分享給需要的朋友，您的支持是我持續輸出技術乾貨的最大動力！

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