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

針對(duì) Java 9 新特性的介紹已經(jīng)非常多了，我這里不想再做一個(gè)百科全書(shū)一樣的列表，希望從不同角度簡(jiǎn)要點(diǎn)評(píng)部分特性。

Jigsaw

首先，談到 Java 9 大家往往第一個(gè)想到的就是 Jigsaw 項(xiàng)目，這是一個(gè)雄心勃勃的項(xiàng)目。

大家知道，Java 已經(jīng)發(fā)展超過(guò) 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(shí)也越來(lái)越暴露出一些問(wèn)題，比如 Java 運(yùn)行環(huán)境的膨脹和臃腫，各種類庫(kù)和工具在提供強(qiáng)大功能的同時(shí)，也越來(lái)越復(fù)雜，不同版本的類庫(kù)交叉依賴導(dǎo)致 Jar Hell 等讓人頭疼的問(wèn)題，這些都阻礙了 Java 開(kāi)發(fā)和運(yùn)行效率的提升。

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

Jigsaw 項(xiàng)目的目標(biāo)是改進(jìn) Java SE 平臺(tái)，使其可以適應(yīng)不同大小的計(jì)算設(shè)備；改進(jìn)其安全性，可維護(hù)性，提高性能；簡(jiǎn)化各種類庫(kù)和大型應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。

這個(gè)項(xiàng)目的工作量和難度大大超出了初始規(guī)劃。JSR 376 Java 平臺(tái)模塊化系統(tǒng)（JPMS, Java Platform Module System）作為 Jigsaw 項(xiàng)目的核心, 其主體部分被分解成 6 個(gè) 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(gè)龐大的系統(tǒng)工程，Java 的方方面面，包括 JDK 編譯工具，運(yùn)行時(shí)，Java 公共 API 和私有代碼等等，完全是一個(gè)整體性的改變。

隨著 Java 平臺(tái)模塊化系統(tǒng)的落地，開(kāi)發(fā)人員無(wú)需再為不斷膨脹的 Java 平臺(tái)苦惱，例如，您可以使用 jlink 工具，根據(jù)需要定制運(yùn)行時(shí)環(huán)境。這對(duì)于擁有大量鏡像的容器應(yīng)用場(chǎng)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(kāi)發(fā)實(shí)踐的角度，Java 語(yǔ)言層面提供對(duì)模塊的支持，可以鼓勵(lì)（當(dāng)然在某種程度上也可以看作強(qiáng)制）更加規(guī)范的開(kāi)發(fā)實(shí)踐，利用業(yè)界在開(kāi)發(fā)領(lǐng)域幾十年的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)總結(jié)出的最佳實(shí)踐，促進(jìn) Java 生態(tài)的健康發(fā)展。比如，更加完善的隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，這不僅可以促進(jìn)面向接口、約定的編程，也可以避免可能的安全風(fēng)險(xiǎn)等。

不過(guò)，換個(gè)角度來(lái)說(shuō)，天下沒(méi)有免費(fèi)的午餐，由于 JPMS 是語(yǔ)言平臺(tái)層面的支持，它并不是完全透明的，也就是說(shuō)不管用戶是否真的需要或從中收益，都會(huì)或多或少的受其影響。

對(duì)此，我們可以從 JPMS 評(píng)審中針對(duì)類似深度反射限制之類的激烈爭(zhēng)吵中，深刻體會(huì)到。比如，針對(duì)反射訪問(wèn)控制，最終 Java 9 開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，采取了相對(duì)折中的辦法，在反射領(lǐng)域默認(rèn)保持 Java 8 的默認(rèn)行為。Java 9 在兼容性方面，相比于過(guò)往的版本，采取了更大的容忍度。

不過(guò)，Java 9 的相當(dāng)一部分特性仍然是對(duì)用戶透明的。只要升級(jí)到 Java 9，不需要或者很少需要用戶參與動(dòng)作就能獲益。比如，更加緊湊的字符串實(shí)現(xiàn)；改進(jìn)的競(jìng)爭(zhēng)鎖機(jī)制；改進(jìn)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(kāi)箱即用、觸手可得的改進(jìn)。

Java 9 值得關(guān)注的新特性

對(duì)于部分開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，探究 Java 內(nèi)部 API 或者平臺(tái)底層能力是一件非常酷的事情，但這往往并不是非常容易，比如部分能力可能并沒(méi)有在歷史版本的公共 API 中暴露出來(lái)（比如 Unsafe 相關(guān)），或者需要特定領(lǐng)域的知識(shí)。在 Java 9 中，不要錯(cuò)過(guò) 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(lái)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(huì)介紹一些有代表性的新特性。

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

Oracle 一直在努力提高 Java 啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)性能，希望其能夠在更廣泛的場(chǎng)景達(dá)到或接近本地語(yǔ)言的性能。但是，直到今天，談到 Java，很多 C/C++ 開(kāi)發(fā)者還是會(huì)不屑地評(píng)價(jià)為啟動(dòng)慢，吃內(nèi)存。

簡(jiǎn)單說(shuō)，這主要是因?yàn)?Java 編譯產(chǎn)生的類文件是 Java 虛擬機(jī)可以理解的二進(jìn)制代碼，而不是真正的可執(zhí)行的本地代碼，需要 Java 虛擬機(jī)進(jìn)行解釋和編譯，這帶來(lái)了額外的開(kāi)銷。

JIT（Just-in-time）編譯器可以在運(yùn)行時(shí)將熱點(diǎn)編譯成本地代碼，但是實(shí)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(shí)，而且非熱點(diǎn)代碼可能根本沒(méi)有機(jī)會(huì)被 JIT 編譯。

在 JDK 9 中， AOT（JEP 295: Ahead-of-Time Compilation）作為實(shí)驗(yàn)特性被引入進(jìn)來(lái)，開(kāi)發(fā)者可以利用新的 jaotc 工具將重點(diǎn)代碼轉(zhuǎn)換成類似類庫(kù)一樣的文件，這樣會(huì)大大降低啟動(dòng)開(kāi)銷。

另外 JVMCI （JEP 243: Java-Level JVM Compiler Interface）等特性，對(duì)于整個(gè)編程語(yǔ)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(jìn)入 Java 9，雖然還只是初始一小步，但是完全用 Java 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的可靠的、高性能的動(dòng)態(tài)編譯器，似乎不再是遙不可及，這是 Java 虛擬機(jī)開(kāi)發(fā)工程師的福音。

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

談?wù)?Java 的未來(lái)

前面簡(jiǎn)短地談了談 Java 9 中的一些令人激動(dòng)的特性，Java 9 在取得這些進(jìn)步的同時(shí)，那么在其的研發(fā)過(guò)程中有哪些教訓(xùn)，當(dāng)前和未來(lái)遇到了那些挑戰(zhàn)呢？

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

針對(duì)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(dòng)的發(fā)布周期，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詴r(shí)間驅(qū)動(dòng)的（6 個(gè)月為周期）發(fā)布模式，并逐步的將 Oracle JDK 原有商業(yè)特性進(jìn)行開(kāi)源，Java Flight Recorder 等殺手級(jí)工具和特性，一定會(huì)大受開(kāi)發(fā)者的歡迎。針對(duì)企業(yè)客戶的需求，Oracle 將以三年為周期發(fā)布長(zhǎng)期支持版本（long term support）。

第二，隨著云計(jì)算和 AI 等技術(shù)浪潮，當(dāng)前的計(jì)算模式和場(chǎng)景正在發(fā)生翻天覆地的變化，不僅對(duì) 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(jì)算場(chǎng)景下，改進(jìn)開(kāi)發(fā)效率。這話說(shuō)的有點(diǎn)籠統(tǒng)，我談一些自己的體會(huì)，Java 代碼雖然進(jìn)行了一些類型推斷等改進(jìn)，更易用的集合 API 等，但仍然給開(kāi)發(fā)者留下了過(guò)于刻板、形式主義的印象，這是一個(gè)長(zhǎng)期的改進(jìn)方向，例如，JEP 286: Local-Variable Type Inference；持續(xù)改進(jìn)并發(fā)計(jì)算框架，Java 的并發(fā)特性非常強(qiáng)大和系統(tǒng)，但某種程度上過(guò)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(jìn)并發(fā)的實(shí)踐，這是一個(gè)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(xiàng)目；Value Types 和改進(jìn)的泛型，有興趣可以參考 Valhalla 項(xiàng)目。

最后，進(jìn)一步改進(jìn)啟動(dòng)和運(yùn)行性能、優(yōu)化計(jì)算資源使用。目前，相當(dāng)一部分的 Java 類庫(kù)和虛擬機(jī)特性都是針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、大數(shù)據(jù)量、高并發(fā)等復(fù)雜任務(wù)進(jìn)行的優(yōu)化，但是在部分云計(jì)算場(chǎng)景中，比如越來(lái)越引起大家關(guān)注的 FaaS 應(yīng)用，短時(shí)間、無(wú)狀態(tài)的函數(shù)正在成為常見(jiàn)的計(jì)算單元。那么在這種場(chǎng)景下，Java 必須進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和創(chuàng)新，才能保持和強(qiáng)化目前在軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。比如，提高 Java 運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)速度，尤其是在容器環(huán)境的初始化表現(xiàn)；保證 CPU 等計(jì)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(tái)需要支持基于 cgroup 等技術(shù)的資源管理；針對(duì)新場(chǎng)景下的 GC 優(yōu)化；如何提高數(shù)據(jù)密度和計(jì)算效率等等。

以上很多方面往往不是孤立的，也不是非常簡(jiǎn)單就可以完成的，很多改進(jìn)都是依賴于相關(guān)語(yǔ)言基礎(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步和突破，Java 的進(jìn)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(jiàn)或者直接提交自己的改進(jìn)，在社區(qū)中聽(tīng)見(jiàn)越來(lái)越多的來(lái)自中國(guó)的聲音是非常令人高興的事情，讓我們攜手促進(jìn) Java 的創(chuàng)新和發(fā)展。

本文轉(zhuǎn)載自楊曉峰 

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