第69章

Java 17新特性

深入学习Java 17 LTS版本的重要新特性：密封类、记录类、模式匹配、文本块等现代Java编程特性

学习目标

掌握Java 17中的密封类（Sealed Classes）概念和使用方法
学会使用记录类（Record Classes）创建不可变数据载体
理解模式匹配在instanceof和switch中的应用
掌握文本块（Text Blocks）的语法和使用场景
了解switch表达式的增强功能
学习Java 17新特性的最佳实践

Java 17概述

Java 17 LTS版本

Java 17是继Java 11之后的第二个长期支持（LTS）版本，于2021年9月发布。作为LTS版本，Java 17将获得长期的支持和维护，是企业级应用的理想选择。

Java 17引入了许多重要的新特性，这些特性不仅提高了开发效率，还增强了代码的可读性和安全性。主要新特性包括：

密封类

限制类的继承层次结构
提供更好的API设计控制
增强模式匹配支持
编译时类型安全保证

记录类

简洁的不可变数据载体
自动生成构造器和访问器
内置equals、hashCode和toString
减少样板代码

模式匹配

instanceof的模式匹配
switch表达式增强
减少类型转换代码
提高代码可读性

文本块

多行字符串字面量
保持原始格式
减少转义字符
提高代码可读性

密封类（Sealed Classes）

密封类是Java 17中引入的一个重要特性，它允许开发者限制哪些类可以继承或实现某个类或接口。这提供了比传统的final关键字更灵活的继承控制。

基本语法

密封类示例

public sealed class Shape permits Circle, Rectangle, Triangle {
    protected final String name;
    
    protected Shape(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    public abstract double getArea();
    
    public String getName() {
        return name;
    }
}

final class Circle extends Shape {
    private final double radius;
    
    public Circle(double radius) {
        super("圆形");
        this.radius = radius;
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
    
    public double getRadius() {
        return radius;
    }
}

final class Rectangle extends Shape {
    private final double width;
    private final double height;
    
    public Rectangle(double width, double height) {
        super("矩形");
        this.width = width;
        this.height = height;
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return width * height;
    }
}

non-sealed class Triangle extends Shape {
    private final double base;
    private final double height;
    
    public Triangle(double base, double height) {
        super("三角形");
        this.base = base;
        this.height = height;
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return 0.5 * base * height;
    }
}

密封类的优势

类型安全：编译时确保只有指定的类可以继承
模式匹配：与switch表达式完美配合
API设计：更好地控制类的继承层次
文档化：明确表达设计意图

记录类（Record Classes）

记录类是Java 14引入并在Java 17中稳定的特性，它提供了一种简洁的方式来创建不可变的数据载体类。记录类自动生成构造器、访问器方法以及equals、hashCode和toString方法。

基本用法

记录类示例

public record Person(String name, int age, String email) {
    // 紧凑构造器 - 用于验证和规范化
    public Person {
        Objects.requireNonNull(name, "姓名不能为空");
        Objects.requireNonNull(email, "邮箱不能为空");
        
        if (age < 0 || age > 150) {
            throw new IllegalArgumentException("年龄必须在0-150之间");
        }
        
        if (!email.contains("@")) {
            throw new IllegalArgumentException("邮箱格式不正确");
        }
    }
    
    // 自定义方法
    public boolean isAdult() {
        return age >= 18;
    }
    
    public String getDisplayName() {
        return isAdult() ? name + " (成年)" : name + " (未成年)";
    }
    
    // 静态工厂方法
    public static Person of(String name, int age, String email) {
        return new Person(name, age, email);
    }
}

// 嵌套记录类
record Address(String street, String city, String zipCode, String country) {
    public String getFullAddress() {
        return String.format("%s, %s %s, %s", street, city, zipCode, country);
    }
}

// 使用示例
class RecordDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("张三", 28, "zhangsan@example.com");
        
        System.out.println("姓名: " + person.name());
        System.out.println("年龄: " + person.age());
        System.out.println("邮箱: " + person.email());
        System.out.println("是否成年: " + person.isAdult());
        System.out.println("显示名称: " + person.getDisplayName());
        
        Address address = new Address("中关村大街1号", "北京", "100080", "中国");
        System.out.println("完整地址: " + address.getFullAddress());
    }
}

模式匹配

模式匹配是Java中一个强大的特性，它简化了类型检查和转换的代码。Java 17中的模式匹配主要体现在instanceof操作符和switch表达式中。

instanceof模式匹配

instanceof模式匹配示例

public class PatternMatchingExample {
    public static void processObject(Object obj) {
        // 传统方式
        if (obj instanceof String) {
            String str = (String) obj;
            System.out.println("字符串长度: " + str.length());
        }
        
        // Java 17模式匹配方式
        if (obj instanceof String str) {
            System.out.println("字符串长度: " + str.length());
        } else if (obj instanceof Integer num) {
            System.out.println("整数平方: " + (num * num));
        } else if (obj instanceof List list) {
            System.out.println("列表大小: " + list.size());
        }
    }
}

switch模式匹配

switch模式匹配示例

public class SwitchPatternMatching {
    public static String analyzeObject(Object obj) {
        return switch (obj) {
            case null -> "对象为null";
            case String s -> "字符串: \"" + s + "\", 长度: " + s.length();
            case Integer i when i > 0 -> "正整数: " + i;
            case Integer i when i < 0 -> "负整数: " + i;
            case Integer i -> "零: " + i;
            case List list when list.isEmpty() -> "空列表";
            case List list -> "非空列表，大小: " + list.size();
            default -> "其他类型: " + obj.getClass().getSimpleName();
        };
    }
    
    // 与密封类结合使用
    public static String describeShape(Shape shape) {
        return switch (shape) {
            case Circle c -> String.format("圆形: 半径=%.2f, 面积=%.2f", 
                c.getRadius(), c.getArea());
            case Rectangle r -> String.format("矩形: 宽度=%.2f, 高度=%.2f, 面积=%.2f", 
                r.getWidth(), r.getHeight(), r.getArea());
            case Triangle t -> String.format("三角形: 底边=%.2f, 高度=%.2f, 面积=%.2f", 
                t.getBase(), t.getHeight(), t.getArea());
        };
    }
}

文本块（Text Blocks）

文本块是Java 15引入的特性，它允许开发者创建多行字符串字面量，而无需使用大量的转义字符和字符串连接操作。

文本块示例

public class TextBlockExample {
    public static void demonstrateTextBlocks() {
        // 传统方式创建HTML
        String traditionalHtml = "\n" +
                                "  \n" +
                                "    页面标题\n" +
                                "  
\n" +
                                "  \n" +
                                "    欢迎使用Java 17\n" +
                                "  \n" +
                                "";
        
        // 使用文本块创建HTML
        String textBlockHtml = \"\"\"
                
                  
                    页面标题
                  

                  
                    欢迎使用Java 17
                  
                
                \"\"\";
        
        // JSON示例
        String jsonData = \"\"\"
                {
                  "name": "张三",
                  "age": 28,
                  "address": {
                    "street": "中关村大街1号",
                    "city": "北京",
                    "zipCode": "100080"
                  },
                  "hobbies": ["编程", "阅读", "旅行"]
                }
                \"\"\";
        
        System.out.println("HTML内容:");
        System.out.println(textBlockHtml);
        System.out.println("\nJSON数据:");
        System.out.println(jsonData);
    }
}

文本块的优势

可读性：保持原始格式，提高代码可读性
维护性：减少转义字符，降低维护成本
灵活性：支持字符串格式化和插值
适用性：特别适合HTML、JSON、SQL等多行文本

完整代码示例

下面是一个综合展示Java 17新特性的完整示例：

Java 17新特性综合示例

import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.List;
import java.util.Random;

public class Java17FeaturesDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("🚀 欢迎使用Java 17新特性演示程序！");
        
        // 使用文本块创建JSON模板
        String jsonTemplate = \"\"\"
                {
                  "timestamp": "%s",
                  "features": [
                    {
                      "name": "Sealed Classes",
                      "description": "限制类的继承层次结构"
                    },
                    {
                      "name": "Record Classes",
                      "description": "简洁的不可变数据载体"
                    }
                  ]
                }
                \"\"\";
        
        String currentTime = LocalDateTime.now()
            .format(DateTimeFormatter.ISO_LOCAL_DATE_TIME);
        String json = jsonTemplate.formatted(currentTime);
        System.out.println("生成的JSON:");
        System.out.println(json);
        
        // 使用记录类
        List features = List.of(
            new FeatureInfo("Sealed Classes", "JEP 409", 17, true),
            new FeatureInfo("Record Classes", "JEP 395", 14, true),
            new FeatureInfo("Text Blocks", "JEP 378", 15, true)
        );
        
        System.out.println("\n=== Java新特性列表 ===");
        features.forEach(feature -> {
            System.out.println(feature.getDescription());
        });
        
        // 使用模式匹配
        Object[] testData = {
            "Java 17 LTS",
            features.size(),
            features,
            new Random().nextDouble()
        };
        
        System.out.println("\n=== 模式匹配处理 ===");
        for (Object data : testData) {
            String result = analyzeData(data);
            System.out.println(result);
        }
    }
    
    private static String analyzeData(Object data) {
        return switch (data) {
            case String s when s.contains("Java") -> "Java相关字符串: " + s;
            case String s -> "普通字符串: " + s;
            case Integer i when i > 10 -> "大整数: " + i;
            case Integer i -> "小整数: " + i;
            case List list when !list.isEmpty() -> 
                "非空列表，包含 " + list.size() + " 个元素";
            case List list -> "空列表";
            case Double d -> "浮点数: " + String.format("%.2f", d);
            default -> "未知类型: " + data.getClass().getSimpleName();
        };
    }
}

// 记录类定义
record FeatureInfo(String name, String jep, int introducedVersion, boolean isStable) {
    public String getDescription() {
        String status = isStable ? "稳定" : "预览";
        return String.format("📋 %s (%s) - Java %d引入 [%s]", 
            name, jep, introducedVersion, status);
    }
}

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Java 17新特性最佳实践

使用建议

密封类：用于限制继承层次，特别适合状态机和数据模型
记录类：优先用于不可变数据传输对象（DTO）
模式匹配：简化类型检查和转换，提高代码可读性
文本块：用于多行字符串，特别是HTML、JSON、SQL等
性能考虑：新特性在提高开发效率的同时保持良好性能

本章小结

Java 17是重要的LTS版本，引入了多个实用的新特性
密封类提供了更精确的继承控制，增强了API设计能力
记录类简化了不可变数据类的创建，减少了样板代码
模式匹配使类型检查和转换更加简洁和安全
文本块改善了多行字符串的处理体验
这些新特性相互配合，显著提升了Java的开发体验
建议在新项目中积极采用这些特性，提高代码质量