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