Java 24 新特性解析与代码示例

Java 24 新特性解析与代码示例

1. 引言

Java 24（JDK 24），于2025年3月18日正式发布，是Java语言和平台的最新版本。作为一个短期支持（非LTS）版本，它将在六个月内获得Oracle的Premier Support。Java 24引入了24个JDK增强提案（JEPs），涵盖了核心库、语言规范、安全性、性能优化和开发工具等多个领域。这些新特性旨在提升开发者的生产力，增强Java语言的表现力，并为未来的技术发展（如量子计算）奠定基础。

本文将深入剖析Java 24的每一项新特性，提供详细的解释和完整的代码示例。对于优化的特性，我们将通过对比代码展示其改进之处。本文的目标是为读者提供“硬核”且实用的内容，确保读完后能够理解并应用这些新特性。以下内容将按照特性类型和重要性组织，确保逻辑清晰、易于理解。

2. 新特性详解

2.1. 原始类型在模式、instanceof和switch中的使用（JEP 488，第二预览）

这一特性扩展了模式匹配功能，允许在instanceof和switch语句中使用原始类型（如int、double等）。这使得代码更简洁、类型安全，减少了不必要的装箱和拆箱操作。

对比代码：

• Java 24之前的写法：

  Object value = 10;
  if (value instanceof Integer) {int i = (Integer) value;if (i > 5) {System.out.println("Value is an integer greater than 5");}
  }
  

• Java 24的新写法：

  Object value = 10;
  if (value instanceof int i && i > 5) {System.out.println("Value is an integer greater than 5");
  }
  

说明：
Java 24允许直接在instanceof中使用原始类型int，并将值绑定到变量i，省去了显式的类型转换。这提高了代码的可读性和效率，尤其在处理混合类型数据时。

使用注意：
此特性为预览功能，需在编译和运行时使用--enable-preview标志：

javac --enable-preview --release 24 MyClass.java
java --enable-preview MyClass

2.2. 灵活的构造器体（JEP 492，第三预览）

此特性允许在构造器中，在调用super()或this()之前执行初始化或验证逻辑。这简化了构造器的编写，减少了对辅助方法的依赖。

对比代码：

• Java 24之前的写法：

  public class Employee extends Person {public Employee(String name) {super(validateName(name));}private static String validateName(String name) {if (name == null || name.isBlank()) {throw new IllegalArgumentException("Name cannot be empty");}return name;}
  }
  

• Java 24的新写法：

  public class Employee extends Person {public Employee(String name) {if (name == null || name.isBlank()) {throw new IllegalArgumentException("Name cannot be empty");}super(name);}
  }
  

说明：
Java 24允许在构造器体中直接包含验证逻辑，代码更直观，减少了静态辅助方法的需要。此特性为预览功能，需启用--enable-preview。

2.3. 模块导入声明（JEP 494，第二预览）

此特性引入import module语句，允许导入模块中所有导出的包中的公共类和接口，简化模块化开发。

对比代码：

• Java 24之前的写法：

  import java.util.List;
  import java.util.ArrayList;List<String> list = new ArrayList<>();
  

• Java 24的新写法：

  import module java.base;List<String> list = new ArrayList<>();
  

说明：
import module java.base;一次性导入java.base模块的所有公共类和接口，减少了冗长的导入语句。此特性为预览功能，需启用--enable-preview。

2.4. Stream聚合器（JEP 485，已最终确定）

此特性为Stream API引入了自定义中间操作，允许开发者通过gather方法实现复杂的流转换。

示例代码：

import java.util.List;
import java.util.stream.Stream;public class StreamGathererExample {public static void main(String[] args) {List<String> strings = List.of("hello", "world", "java");String result = strings.stream().gather(() -> new StringBuilder(),(sb, s) -> sb.append(s.toUpperCase()),StringBuilder::toString).findFirst().orElse("");System.out.println(result); // 输出：HELLOWORLDJAVA}
}

说明：
gather方法允许开发者定义初始化、累积和完成逻辑，增强了Stream API的灵活性。此特性已最终确定，可直接在生产环境中使用。

2.5. 简单源文件和实例主方法（JEP 495，第四预览）

此特性简化了Java程序的编写，允许使用非静态的main方法，适合初学者和快速原型开发。

示例代码：

class HelloWorld {void main() {System.out.println("Hello, World!");}
}

说明：
此特性消除了public static void main(String[] args)的复杂性，使Java更易于学习。此为预览功能，需启用--enable-preview。

2.6. 类文件API（JEP 484，已最终确定）

此特性提供标准API用于解析、生成和转换类文件，减少对第三方库（如ASM）的依赖。

示例代码：

import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import jdk.classfile.ClassFile;public class ClassFileReader {public static void main(String[] args) throws Exception {ClassFile classFile = ClassFile.read(Files.readAllBytes(Path.of("Example.class")));System.out.println("Class Name: " + classFile.thisClass());}
}

说明：
ClassFile API与JDK版本同步更新，确保兼容性。此特性已最终确定，适合框架和工具开发者使用。

2.7. 作用域值（JEP 487，第四预览）

此特性提供了一种共享不可变数据的机制，替代ThreadLocal，性能更高且更易于理解。

示例代码：

import jdk.incubator.concurrent.ScopedValue;public class ScopedValueExample {static final ScopedValue<String> USER_ID = ScopedValue.newInstance();public static void main(String[] args) {ScopedValue.where(USER_ID, "user123", () -> {System.out.println("User ID: " + USER_ID.get());});}
}

说明：
作用域值适合与虚拟线程和结构化并发结合使用。此为预览功能，需启用--enable-preview。

2.8. Vector API（JEP 489，第九次孵化）

此特性提供向量计算API，优化CPU向量指令的利用，适合高性能计算。

示例代码：

import jdk.incubator.vector.FloatVector;
import jdk.incubator.vector.VectorSpecies;public class VectorExample {static final VectorSpecies<Float> SPECIES = FloatVector.SPECIES_PREFERRED;public static void main(String[] args) {float[] a = {1.0f, 2.0f, 3.0f, 4.0f};float[] b = {5.0f, 6.0f, 7.0f, 8.0f};float[] c = new float[4];for (int i = 0; i < a.length; i += SPECIES.length()) {FloatVector va = FloatVector.fromArray(SPECIES, a, i);FloatVector vb = FloatVector.fromArray(SPECIES, b, i);FloatVector vc = va.add(vb);vc.intoArray(c, i);}for (float f : c) {System.out.println(f);}}
}

说明：
Vector API适合数值密集型应用。此为孵化功能，需启用--add-modules jdk.incubator.vector。

2.9. 结构化并发（JEP 499，第四预览）

此特性提供了一种并发编程模型，将相关任务视为一个整体，简化错误处理和任务管理。

示例代码：

import java.util.concurrent.StructuredTaskScope;public class StructuredConcurrencyExample {public static void main(String[] args) throws Exception {try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {var task1 = scope.fork(() -> {System.out.println("Task 1 started");Thread.sleep(1000);System.out.println("Task 1 completed");return "Result 1";});var task2 = scope.fork(() -> {System.out.println("Task 2 started");Thread.sleep(500);System.out.println("Task 2 completed");return "Result 2";});scope.join();scope.throwIfFailed();System.out.println("Results: " + task1.get() + ", " + task2.get());}}
}

说明：
结构化并发提高了并发代码的可维护性。此为预览功能，需启用--enable-preview。

2.10. 密钥派生函数API（JEP 478，预览）

此特性引入javax.crypto.KDFAPI，用于从秘密密钥派生其他密钥，支持如Argon2等算法。

示例代码：

import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;public class KDFExample {public static void main(String[] args) throws Exception {char[] password = "mysecretpassword".toCharArray();byte[] salt = "somesalt".getBytes();int iterations = 10000;int keyLength = 256;SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA256");PBEKeySpec spec = new PBEKeySpec(password, salt, iterations, keyLength);byte[] derivedKey = factory.generateSecret(spec).getEncoded();System.out.println("Derived Key: " + bytesToHex(derivedKey));}private static String bytesToHex(byte[] bytes) {StringBuilder sb = new StringBuilder();for (byte b : bytes) {sb.append(String.format("%02x", b));}return sb.toString();}
}

说明：
此API增强了加密安全性，适合密码学应用。此为预览功能，需启用--enable-preview。

2.11. 量子抗性模块格子基密钥封装机制（JEP 496）

此特性实现了模块格子基密钥封装机制（ML-KEM），为量子计算时代提供抗量子攻击的加密算法。

示例代码：

import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.spec.NamedParameterSpec;public class MLKEMExample {public static void main(String[] args) throws Exception {KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("ML-KEM");keyPairGenerator.initialize(new NamedParameterSpec("ML-KEM-512"));KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();System.out.println("Public Key: " + keyPair.getPublic());System.out.println("Private Key: " + keyPair.getPrivate());}
}

说明：
ML-KEM支持ML-KEM-512、ML-KEM-768和ML-KEM-1024参数集，适用于未来安全通信。

2.12. 量子抗性模块格子基数字签名算法（JEP 497）

此特性实现了模块格子基数字签名算法（ML-DSA），提供量子抗性的数字签名。

示例代码：

import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.Signature;public class MLDSAExample {public static void main(String[] args) throws Exception {KeyPair keyPair = KeyPairGenerator.getInstance("ML-DSA").generateKeyPair();Signature sig = Signature.getInstance("ML-DSA");sig.initSign(keyPair.getPrivate());byte[] message = "Hello, World!".getBytes();sig.update(message);byte[] signature = sig.sign();System.out.println("Signature: " + bytesToHex(signature));}private static String bytesToHex(byte[] bytes) {StringBuilder sb = new StringBuilder();for (byte b : bytes) {sb.append(String.format("%02x", b));}return sb.toString();}
}

说明：
ML-DSA确保签名在量子计算时代的安全性，适合高安全性应用。

2.13. 警告使用sun.misc.Unsafe中的内存访问方法（JEP 498）

此特性在使用sun.misc.Unsafe的内存访问方法时发出警告，鼓励迁移到更安全的API。

示例代码：

import sun.misc.Unsafe;public class UnsafeExample {public static void main(String[] args) {Unsafe unsafe = getUnsafe();long address = unsafe.allocateMemory(1024);System.out.println("Allocated memory at: " + address);}private static Unsafe getUnsafe() {try {return sun.misc.Unsafe.getUnsafe();} catch (SecurityException e) {return null;}}
}

说明：
运行此代码将触发警告，建议开发者使用VarHandle或Foreign Function & Memory API替代。

2.14. 实验性Shenandoah GC（JEP 404）

此特性引入了Shenandoah GC的分代模式，优化内存使用和性能。

示例代码：

// 运行时启用分代Shenandoah GC
java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:ShenandoahGCMode=generational MyApp

说明：
分代Shenandoah GC支持并发收集，适合低延迟应用。此为实验性功能，需谨慎使用。

2.15. 紧凑对象头（JEP 450，实验性）

此特性在64位架构上将对象头大小从128位减至64位，降低内存和CPU开销。

示例代码：

// 运行时启用紧凑对象头
java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseCompactObjectHeaders MyApp

说明：
此特性可显著减少内存占用，适合内存密集型应用。此为实验性功能。

2.16. G1的晚期屏障扩展（JEP 475）

该特性主要是将 Late Barrier Expansion 引进到 G1 中。Barrier expansion 是指在垃圾回收过程中插入或生成额外代码（称为“屏障”）以管理内存并确保垃圾回收的正确性。这些屏障通常被插入到字节码中的特定位置，例如在内存访问之前或之后，以执行以下任务：

• 记住写操作：跟踪对象的更改，这有助于垃圾回收器识别需要扫描的堆的部分。例如，写屏障（write barrier）会在每次存储操作之前执行，记录哪些对象被修改，从而帮助垃圾回收器维护对象的可达性信息。
• 保持一致性：确保程序对内存的视图与垃圾回收器的视图保持一致，特别是在并发垃圾回收阶段。例如，读屏障（read barrier）会在读取操作之前检查指针是否指向堆内存，并记录这些操作，以防止垃圾回收器误判对象的可达性。
• 处理引用：管理对象之间的引用，特别是在压缩或迁移阶段。例如，在垃圾回收的增量收集中，屏障可以阻止指向未分配空间（from-space）的指针进入寄存器，从而避免垃圾回收器无法追踪到这些对象。

Early barrier expansion 的含义是这些屏障在编译过程的早期插入或生成，而如果在过程的后期进行（正如 JEP 所提议的），则可以实现更优化的放置，并可能减少这些屏障相关的开销，这可以带来性能的提升和更高效的垃圾回收。

研究表明，在 HotSpot 的 C2 JIT 编译器中使用早期屏障展开会增加大约 10%–20% 的编译开销。通过采用后期屏障展开，JEP 475 降低了这种编译开销，并使 G1 的实现更易于维护，从而提升了 Java 应用的性能。

2.17. 准备限制JNI的使用（JEP 472）

JNI（Java 本地接口）自 Java 1.1 引入，是 Java 与本地 C/C++ 代码交互的标准方式。然而，本地代码容易引发 JVM 崩溃和未定义行为等风险。因此，JEP 472 在 Java 24 中引入了警告机制。当通过 JNI 或 FFM（外部函数与内存 API）访问本地代码时，JVM 默认会发出警告，以提醒开发者并为未来默认禁止本地互操作做准备。默认情况下，这些警告是开启的，如果需要继续使用本地代码，可以通过启动参数关闭警告，例如：

java --enable-native-access=ALL-UNNAMED ...
java --enable-native-access=M1,M2,...

该特性主要是默认会对通过 JNI 或者 FFM 去访问本地代码发出警告，为后续默认限制访问做准备。可以通过启用 native access 来关闭警告，命令如下：

java --enable-native-access=ALL-UNNAMED ...
java --enable-native-access=M1,M2,...

2.18. 移除Windows 32位x86端口（JEP 479）

此特性移除了Windows 32位x86端口，鼓励迁移到64位架构。

说明：
开发者需确保应用兼容64位环境。

在 JDK 21 的 JEP 449 中已经废弃了对 Windows 32 位 x86 平台的移植，本次 JDK 24 删除了相关源代码，并移除了对相关构建支持。

2.19. 永久禁用安全管理器（JEP 486）

此特性永久禁用了安全管理器，建议使用现代安全机制。

说明：
安全管理器已不适合现代应用，开发者应采用其他安全框架。

安全管理器（Security Manager）作为 Java 平台自出生以来的一项安全机制，其设计思想是“最小权限原则”，默认情况下不信任任何代码，需要显式授予权限才能访问系统资源。但随着时间推移，安全管理器的使用极其有限，且权限检查机制过于复杂，导致维护成本高昂。因此，Java 17（JEP 411）已将其标记为弃用为待移除，Java 24 则彻底禁用了安全管理器。启动时无法启用安全管理器（-Djava.security.manager 参数将报错退出），在运行时也无法安装新的安全管理器；例如，如果代码中调用 System.setSecurityManager(new SecurityManager())，JVM 会抛出 UnsupportedOperationException。因此，安全管理器在 Java 24 中已无法启用，相关 API 将在未来版本中被移除。

2.20. ZGC：移除非分代模式（JEP 490）

此特性移除了ZGC的非分代模式，默认使用分代模式。

说明：
此变化简化了ZGC维护，开发者无需调整代码。

JDK 21 的 JEP 439 引入了分代模式；JDK 23 的 JEP 474 将分代模式设置为默认，并废弃非分代模式以便后续移除；JDK 24 则完全移除了 ZGC 的非分代模式，只保留分代模式。

2.21. 同步虚拟线程而不固定（JEP 491）

JDK 21 引入虚拟线程时存在一个“pinning”（固定）的问题：当虚拟线程在其载体（底层平台线程）上执行 synchronized 代码块时，该虚拟线程会被固定在其载体上，直到退出该 synchronized 代码块才会卸载。这意味着在调用本地代码时也会被固定，导致性能下降。JEP 491 通过让虚拟线程也能够获取、持有和释放监视器，而无需绑定到载体线程，消除了这一限制。从 Java 24 开始，只要虚拟线程不调用本地代码，synchronized 对虚拟线程与平台线程的性能影响将相同。以下示例展示了 synchronized 代码块对虚拟线程和普通线程的一致性影响：

class Counter {private int count = 0;synchronized void increment() {if (count < 100) {count++;}}synchronized void decrement() {count--;}
}
// 假设多个虚拟线程调用 increment()/decrement()
// 在 Java 23 及更早版本，虚拟线程在执行这些 synchronized 方法时会被固定。
// 在 Java 24 及以后，虚拟线程可以卸载而不影响同步行为。

此特性优化了虚拟线程在synchronized方法中的行为，支持动态挂起和恢复。

说明：
此特性提升了虚拟线程的并发性能，适合高并发应用。

2.22. 提前类加载和链接（JEP 483）

该特性通过使应用程序的类在启动时立即可用（即提前加载和链接），从而缩短启动时间。通过在应用首次运行期间监视其类加载和链接过程，并将所有类的加载和链接形式存储在缓存中，以供后续运行使用，实现此目的。这为将来改进启动和预热时间奠定了基础。该特性通过 Ahead-of-Time (AOT) 缓存来存储已经读取、解析、加载和链接的类，使用步骤如下：

• 记录配置：首先运行应用以记录 AOT 配置：

  java -XX:AOTMode=record -XX:AOTConfiguration=app.aotconf -cp app.jar com.example.App ...
  

• 创建 AOT 缓存：使用该配置来创建 AOT 缓存：

  java -XX:AOTMode=create -XX:AOTConfiguration=app.aotconf -XX:AOTCache=app.aot -cp app.jar com.example.App ...
  

• 使用 AOT 缓存启动：最后使用 AOT 缓存启动应用：

  java -XX:AOTCache=app.aot -cp app.jar com.example.App ...
  

AOT 缓存将读取、解析、加载和链接（通常在程序执行期间即时完成）的任务提前到缓存创建的阶段。因此，在执行阶段，程序启动速度更快，因为其类可以从缓存中快速访问。其性能提升可以高达 42%。

2.23. 不使用JMOD链接运行时镜像（JEP 493）

该特性能够在不使用 JMOD 文件的情况下创建自定义运行时映像（runtime image）。在构建 JDK 时可以启用此功能；默认情况下未启用，以便某些 JDK 发行版可以跳过它。已安装的 JDK 由运行时映像和一组以 JMOD 格式打包的模块组成，每个模块都在运行时映像中。jlink 在创建自定义运行时映像时通常会使用 JMOD 文件。实际上，JDK 自身的运行时映像也是通过这种方式生成，这导致 JDK 运行时映像与模块的 JMOD 文件在资源上存在冗余。JMOD 文件占 JDK 总大小的约 25%。如果 jlink 能够改变为直接从运行时映像中提取资源，我们可以简单省略这些 JMOD 文件显著减小 JDK 的大小。

使用示例（假设未在模块路径上指定 JMOD）：

jlink --add-modules java.xml --output image
image/bin/java --list-modules
# 输出:
# java.base@24
# java.xml@24

说明：
此特性优化了运行时镜像的创建，适合容器化部署。

2.24. 弃用32位x86端口（JEP 501）

此特性弃用了32位x86端口，为未来移除做准备。

说明：
开发者应迁移到64位架构，以确保兼容性。

支持多个平台一直是 Java 生态系统关注的重点。然而，较旧平台无法无限期支持，这也是弃用 32 位 x86（Linux）端口的原因之一。维护 32 位 x86 所需的精力超过其价值。为了跟上新特性（如 Loom、FFM、向量 API 以及 G1 晚期屏障扩展），维护成本显著增加，因此该端口现已弃用。在 JDK 24 中，默认情况下尝试构建 32 位 x86 版本将失败。如果仍需构建，可以使用新的构建选项 --enable-deprecated-ports=yes 来抑制错误。这意味着 32 位 x86 用户可以继续使用 JDK 24，但在未来版本中将完全移除对此平台的支持，届时受影响的用户应已迁移到 64 位 JVM。

3. 结语

Java 24通过24个JEPs为开发者带来了性能、安全性和语言表达力的全面提升。从量子抗性加密到虚拟线程优化，再到简化的编程模型，Java 24展示了Java语言持续进化的活力。开发者可以通过本文提供的代码示例快速上手这些新特性，并在项目中探索其潜力。

然而，由于Java 24为非LTS版本，其部分特性仍处于预览或实验阶段，生产环境使用需谨慎。建议开发者密切关注官方文档和社区反馈，以确保代码的稳定性和兼容性。未来，Java 25（预计2025年9月发布）作为LTS版本，将进一步稳定这些特性。

参考资料：

资源名称	链接
Java 24 New Features With Examples	JavaTechOnline
What’s New in JDK 24	Medium
Java 24 Features	Happy Coders
JDK 24: The new features in Java 24	InfoWorld
Java 24 Features Unveiled	BellSoft
JDK 24 Release Notes	Oracle

注意：
预览和孵化特性可能在未来版本中发生变化，生产环境使用需结合业务需求评估风险。希望本文能为您的Java开发之旅提供实用指导！