引言
Java作为一门经典的编程语言，一直在不断发展和创新。Java 17是一个长期支持(LTS)版本，于2021年9月正式发布，带来了许多令人兴奋的新特性。本文将深入探讨Java 17中的核心新特性，特别是Record类和Sealed接口的演进，以及它们如何改变Java开发的范式。
Java 17的主要特性概览
在深入探讨Record类和Sealed接口之前，让我们先快速了解Java 17引入的其他重要特性：
- JEP 406：Pattern Matching for switch (预览)
- JEP 409：Sealed Classes (正式版)
- JEP 382：新的macOS渲染管线
- JEP 398：弃用安全管理器以便将来移除
- JEP 391：macOS/AArch64端口
- JEP 356：增强型伪随机数生成器
- JEP 403：JDK内部强封装
- JEP 407：移除RMI激活机制
- JEP 410：移除实验性的AOT和JIT编译器
- JEP 411：弃用安全管理器以便将来移除
现在，让我们深入了解两个最具革命性的特性：Record类和Sealed接口。
Record类：简化数据载体
什么是Record类？
Record类是Java 14中首次引入的预览特性，并在Java 16中正式发布，Java 17继续支持和优化了这一特性。Record类提供了一种简洁的方式来声明只用于存储数据的类。
传统方式与Record对比
在传统的Java编程中，创建一个数据类需要编写大量的样板代码：
// 传统方式
public class Person {private final String name;private final int age;public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}public String getName() {return name;}public int getAge() {return age;}@Overridepublic boolean equals(Object o) {if (this == o) return true;if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;Person person = (Person) o;return age == person.age && Objects.equals(name, person.name);}@Overridepublic int hashCode() {return Objects.hash(name, age);}@Overridepublic String toString() {return "Person{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +'}';}
}
使用Record类，同样的功能可以简化为：
// 使用Record
public record Person(String name, int age) {}
这一行代码自动生成了：
- 私有的、final的字段
- 公共的构造函数
- 对应的访问方法（不是getXxx而是与字段同名的方法）
- equals()、hashCode()和toString()方法
Record类的特性和限制
Record类有一些特性和限制需要注意：
- 不可变性：Record类的所有字段都是final的，这意味着一旦创建，就不能修改其状态。
- 不能继承：Record类隐式地继承自java.lang.Record，由于Java不支持多重继承，所以Record类不能继承其他类。
- 可以实现接口：尽管不能继承类，但Record类可以实现任意数量的接口。
- 可以添加静态字段和方法：Record类可以包含静态字段和方法。
- 可以自定义构造函数：可以提供自定义的构造函数，但必须调用规范构造函数。
实际应用示例
Record类特别适合用作DTO（数据传输对象）、值对象或不可变数据容器：
// 作为DTO
public record UserDTO(Long id, String username, String email) {}// 作为复杂数据结构的一部分
public record Point(int x, int y) {}
public record Rectangle(Point topLeft, Point bottomRight) {// 自定义方法public int area() {return (bottomRight.x() - topLeft.x()) * (bottomRight.y() - topLeft.y());}
}// 与Stream API结合使用
List<Person> people = List.of(new Person("Alice", 30),new Person("Bob", 25),new Person("Charlie", 35)
);double averageAge = people.stream().mapToInt(Person::age).average().orElse(0);
Sealed接口：控制类型层次结构
什么是Sealed接口？
Sealed接口（和类）是Java 17中正式发布的特性，它允许开发者精确控制哪些类可以实现某个接口或继承某个类。这提供了比传统访问修饰符更细粒度的控制。
为什么需要Sealed接口？
在传统的Java中，当我们创建一个接口或抽象类时，任何类都可以实现或继承它。这可能导致一些问题：
- 类型安全：无法确保只有特定的类实现了某个接口。
- 模式匹配：在进行模式匹配时，无法确保覆盖了所有可能的子类型。
- API设计：难以创建一个封闭的类型层次结构。
Sealed接口解决了这些问题，允许开发者明确指定哪些类可以实现或继承它们。
Sealed接口的语法
// 声明一个sealed接口
public sealed interface Shape permits Circle, Rectangle, Triangle {}// 实现类必须是final、sealed或non-sealed
public final class Circle implements Shape {private final double radius;public Circle(double radius) {this.radius = radius;}public double area() {return Math.PI * radius * radius;}
}public final class Rectangle implements Shape {private final double width;private final double height;public Rectangle(double width, double height) {this.width = width;this.height = height;}public double area() {return width * height;}
}public final class Triangle implements Shape {private final double base;private final double height;public Triangle(double base, double height) {this.base = base;this.height = height;}public double area() {return 0.5 * base * height;}
}
Sealed接口的规则
使用Sealed接口时需要遵循以下规则：
- permits子句：sealed类或接口必须使用permits子句列出所有允许的子类或实现类。
- 子类修饰符：实现sealed接口或继承sealed类的类必须使用以下三种修饰符之一：
- final：表示该类不能被进一步继承
- sealed：表示该类也是sealed的，需要指定允许的子类
- non-sealed：表示该类可以被任何类继承，放弃了sealed的限制
- 可访问性：所有允许的子类必须与sealed类或接口位于同一个模块中，如果没有命名模块，则必须在同一个包中。
与Pattern Matching结合使用
Sealed接口的一个重要应用是与模式匹配结合使用。由于编译器知道所有可能的子类型，它可以在switch表达式中进行穷尽性检查：
// Java 17预览特性：switch的模式匹配
public double calculateArea(Shape shape) {return switch (shape) {case Circle c -> Math.PI * c.radius() * c.radius();case Rectangle r -> r.width() * r.height();case Triangle t -> 0.5 * t.base() * t.height();// 不需要default分支，因为所有可能的子类型都已覆盖};
}
实际应用场景
Sealed接口特别适合以下场景：
- 领域模型：在DDD（领域驱动设计）中定义有限的实体或值对象集合。
- 代数数据类型：实现类似函数式编程中的代数数据类型。
- API设计：创建封闭的类型层次结构，防止外部扩展。
- 编译时安全：结合模式匹配提供编译时的穷尽性检查。
Record类和Sealed接口的协同使用
Record类和Sealed接口可以协同使用，创建更强大、更安全的类型系统：
public sealed interface Vehicle permits Car, Truck, Motorcycle {}public record Car(String model, int year, int doors) implements Vehicle {}
public record Truck(String model, int year, double cargoCapacity) implements Vehicle {}
public record Motorcycle(String model, int year, boolean hasSidecar) implements Vehicle {}// 使用模式匹配处理不同类型的车辆
public String describeVehicle(Vehicle vehicle) {return switch (vehicle) {case Car c -> "Car: " + c.model() + ", " + c.year() + ", " + c.doors() + " doors";case Truck t -> "Truck: " + t.model() + ", " + t.year() + ", cargo capacity: " + t.cargoCapacity() + " tons";case Motorcycle m -> "Motorcycle: " + m.model() + ", " + m.year() + (m.hasSidecar() ? " with sidecar" : " without sidecar");};
}
这种组合提供了：
- 简洁的数据表示：通过Record类
- 类型安全：通过Sealed接口
- 穷尽性检查：通过模式匹配
与其他Java 17特性的结合
Java 17中的其他特性也可以与Record类和Sealed接口结合使用：
增强型伪随机数生成器
import java.util.random.RandomGenerator;public record RandomPoint(double x, double y) {public static RandomPoint random() {RandomGenerator gen = RandomGenerator.getDefault();return new RandomPoint(gen.nextDouble(), gen.nextDouble());}
}
文本块（Java 15正式特性）
public record JsonExample(String name, int age) {public String toJson() {return """{"name": "%s","age": %d}""".formatted(name, age);}
}
性能考虑
Record类和Sealed接口主要是语法糖，它们在编译时会转换为常规的Java类。因此，它们的性能与手动编写的等效代码基本相同。不过，由于Record类自动生成了方法，可能会比手动优化的代码略微低效，但这种差异在大多数应用中可以忽略不计。
迁移策略
如果你正在考虑将现有代码迁移到使用Record类和Sealed接口，以下是一些建议：
- 识别候选类：寻找主要用于存储数据的不可变类，这些是Record类的理想候选者。
- 识别类型层次结构：寻找应该限制子类型的接口或抽象类，这些是Sealed接口的理想候选者。
- 增量迁移：不需要一次性迁移所有代码，可以从最简单的部分开始。
- 测试：确保迁移后的代码行为与原始代码相同。
- 利用IDE支持：现代IDE如IntelliJ IDEA和Eclipse提供了将普通类转换为Record类的工具。
结论
Java 17通过Record类和Sealed接口等特性，向更现代、更简洁的编程范式迈进了一大步。这些特性不仅减少了样板代码，还提高了类型安全性，使代码更易于理解和维护。
Record类简化了数据类的创建，而Sealed接口提供了对类型层次结构的精确控制。当这两个特性结合使用时，它们可以创建强大、安全且富有表现力的领域模型。
随着Java继续演进，我们可以期待看到更多基于这些基础特性构建的高级功能。Java 17作为一个LTS版本，为未来几年的Java开发奠定了坚实的基础。
参考资料
- JEP 395: Records
- JEP 409: Sealed Classes
- Java 17 Documentation
- Inside Java Podcast: Records and Sealed Classes
- Java 17 Features
