Java 8升级到Java 17：全面升级指南（含JVM/GC优化）

引言

Java 8到Java 17的升级是企业级应用现代化的重要步骤。本文全面介绍升级过程中的关键变化，特别关注JVM和GC的优化。

语言特性变化

Java 8到Java 17各版本关键特性

Java 9 (2017年9月)

• **模块化系统 (JPMS)**：引入模块化概念，提高安全性和可维护性
• JShell：交互式Java REPL工具
• 集合工厂方法：List.of(), Set.of(), Map.of()
• 接口私有方法：接口中可以定义私有方法
• HTTP/2客户端：新的HTTP客户端API

Java 10 (2018年3月)

• **局部变量类型推断 (var)**：简化局部变量声明
• 应用类数据共享：提升启动性能
• 并行全GC：改进G1 GC的并行处理能力

Java 11 (2018年9月) - LTS

• HTTP客户端标准化：java.net.http包
• 启动单文件源代码：直接运行.java文件
• String增强方法：isBlank(), lines(), repeat(), strip()
• Lambda参数类型推断：var可用于lambda参数

Java 12 (2019年3月)

• Switch表达式预览：更简洁的switch语法
• 字符串缩进方法：indent()和transform()
• Shenandoah GC：低暂停GC算法

Java 13 (2019年9月)

• 文本块预览：多行字符串处理
• Switch表达式增强：yield关键字
• ZGC改进：支持返回未使用的堆内存

Java 14 (2020年3月)

• Record类预览：简化数据类定义
• Switch表达式正式版：标准化的switch表达式
• instanceof模式匹配预览：简化类型检查和转换
• NullPointerException增强：更详细的错误信息

Java 15 (2020年9月)

• 文本块正式版：标准化的多行字符串
• Sealed类预览：限制类的继承
• 隐藏类：框架内部使用的类
• ZGC和Shenandoah GC：生产就绪

Java 16 (2021年3月)

• Record类正式版：标准化的数据类
• instanceof模式匹配正式版：标准化的类型检查
• Stream API增强：toList(), mapMulti()
• Vector API孵化：SIMD向量计算

Java 17 (2021年9月) - LTS

• Sealed类正式版：标准化的继承控制
• 模式匹配switch预览：更强大的switch语句
• 伪随机数生成器：新的随机数API
• 移除Applet API：完全移除过时的Applet支持

详细代码示例对比

1. 集合工厂方法 (Java 9+)

// Java 8 - 传统方式
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");

// Java 9+ - 工厂方法
List<String> list = List.of("a", "b", "c");
Set<String> set = Set.of("a", "b", "c");
Map<String, Integer> map = Map.of("a", 1, "b", 2);

2. 字符串增强方法 (Java 11+)

// Java 8
String str = "  hello  ";
if (str.trim().isEmpty()) { /* 处理 */ }

// Java 11+
String str = "  hello  ";
if (str.isBlank()) { /* 处理 */ }
String stripped = str.strip(); // 去除前后空白
String repeated = "-".repeat(10); // 重复字符串

3. Stream API增强 (Java 16+)

// Java 8
List<String> result = stream.collect(Collectors.toList());

// Java 16+
List<String> result = stream.toList(); // 更简洁

// Java 16 mapMulti示例
List<String> result = list.stream()
    .mapMulti((s, consumer) -> {
        if (s.length() > 3) {
            consumer.accept(s.toUpperCase());
        }
    })
    .toList();

4. 模式匹配instanceof (Java 16+)

// Java 8
if (obj instanceof String) {
    String str = (String) obj;
    System.out.println(str.length());
}

// Java 16+
if (obj instanceof String str) {
    System.out.println(str.length()); // 自动类型转换
}

5. Sealed类继承控制 (Java 17+)

// Java 17 Sealed类定义
public sealed class Shape 
    permits Circle, Rectangle, Triangle {
    // 基础类定义
}

// 允许的子类
public final class Circle extends Shape {
    private double radius;
}

public final class Rectangle extends Shape {
    private double width, height;
}

// 编译错误：Triangle不在permits列表中
// public class Triangle extends Shape { } // 错误！

6. 模式匹配switch预览 (Java 17)

// Java 17 模式匹配switch（预览特性）
String result = switch (obj) {
    case Integer i -> "整数: " + i;
    case String s && s.length() > 5 -> "长字符串: " + s;
    case String s -> "字符串: " + s;
    case null -> "空值";
    default -> "其他类型";
};

函数式编程增强

Optional增强 (Java 9+)

// Java 8
Optional<String> opt = Optional.ofNullable(getValue());
if (opt.isPresent()) {
    String value = opt.get();
    // 处理value
}

// Java 9+
Optional<String> opt = Optional.ofNullable(getValue());
opt.ifPresentOrElse(
    value -> System.out.println(value), // 值存在时
    () -> System.out.println("值不存在") // 值不存在时
);

// Java 11+
String result = opt.orElseThrow(); // 无参版本

CompletableFuture增强 (Java 9+)

// Java 9+ 超时支持
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture
    .supplyAsync(() -> longRunningTask())
    .orTimeout(5, TimeUnit.SECONDS) // 5秒超时
    .exceptionally(ex -> "超时或错误");

性能优化特性

字符串性能优化 (Java 9+)

• 紧凑字符串：Latin-1字符使用单字节存储
• Indify字符串连接：编译时优化字符串拼接

JVM编译器优化 (Java 9+)

• 分层编译改进：更智能的JIT编译策略
• AOT编译：提前编译为本地代码（Java 9引入，Java 17移除）

向后兼容性考虑

废弃API迁移指南

• Java 8 Date API → Java 8+ java.time API
• Vector/Hashtable → ArrayList/HashMap
• Thread.stop/suspend → interrupt()机制
• Finalizer → Cleaner API (Java 9+)

JVM和GC的重大变化

默认GC的变化

# Java 8: 默认Parallel GC
-XX:+UseParallelGC

# Java 9-17: 默认G1 GC
-XX:+UseG1GC

新的GC选项

• ZGC（Java 11引入，Java 15生产就绪）：低延迟GC
• Shenandoah（Java 12引入）：低暂停GC
• Epsilon（Java 11引入）：无操作GC，用于性能测试

GC调优参数对比

Java 8 Parallel GC调优：

-XX:+UseParallelGC
-XX:ParallelGCThreads=4
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:GCTimeRatio=99

Java 17 G1 GC调优：

-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:G1NewSizePercent=30
-XX:G1MaxNewSizePercent=60
-XX:G1HeapRegionSize=16m

Java 17 ZGC调优（低延迟场景）：

-XX:+UseZGC
-XX:ConcGCThreads=2
-XX:ParallelGCThreads=4
-Xmx8g -Xms8g  # ZGC需要较大堆内存

JVM性能监控增强

Java 8监控工具：

jstat -gc <pid>
jmap -heap <pid>

Java 17增强监控：

# JFR（Java Flight Recorder）免费使用
-XX:StartFlightRecording=filename=recording.jfr

# 新诊断命令
jcmd <pid> GC.heap_info
jcmd <pid> VM.info
jcmd <pid> JFR.start

模块化系统（JPMS）

Java 9引入的模块化系统在Java 17中成熟。关键变化：

• 自动模块检测
• 模块路径配置
• 反射访问限制

反射访问解决方案

--add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED
--add-opens java.base/java.util=ALL-UNNAMED

移除的API和功能

• Java EE和CORBA模块：Java 11移除，需手动添加依赖
• Nashorn JavaScript引擎：Java 15废弃，Java 17移除
• Applet API：完全移除
• 安全管理器：Java 17标记为废弃

升级步骤

1. 依赖兼容性检查

# Maven
mvn versions:display-dependency-updates

# Gradle  
gradle dependencyUpdates

2. 编译参数更新

# Java 8
javac -source 1.8 -target 1.8

# Java 17
javac --release 17

3. 代码迁移要点

• 使用新集合工厂方法：List.of(), Set.of(), Map.of()
• 替换废弃日期API为新的时间API
• 使用流API增强功能（takeWhile, dropWhile, toList()）
• 应用Optional增强方法

容器环境优化

Java 17容器支持

# 自动容器感知（Java 10+）
-XX:+UseContainerSupport
-XX:MaxRAMPercentage=75.0
-XX:InitialRAMPercentage=50.0

Kubernetes部署示例

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: java-app
        resources:
          limits:
            memory: "2Gi"
          requests:
            memory: "1Gi"
        env:
        - name: JAVA_OPTS
          value: "-XX:+UseContainerSupport -XX:MaxRAMPercentage=75.0"

性能优化建议

内存优化

• 使用G1 GC的字符串去重：-XX:+UseStringDeduplication
• 合理设置堆大小和年轻代比例
• 监控内存泄漏：使用jmap或jcmd生成堆转储

GC调优策略

Web应用（中等负载）：

-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:G1NewSizePercent=30
-XX:G1MaxNewSizePercent=60

大数据处理（高吞吐量）：

-XX:+UseG1GC  
-XX:MaxGCPauseMillis=500
-XX:G1HeapRegionSize=32m
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45

低延迟要求应用：

-XX:+UseZGC
-XX:ConcGCThreads=4
-Xmx16g -Xms16g
-XX:SoftMaxHeapSize=14g

常见问题解决

问题1：反射访问异常

症状：InaccessibleObjectException
解决方案：添加--add-opens参数

问题2：第三方库不兼容

症状：NoClassDefFoundError
解决方案：升级库版本或寻找替代方案

问题3：GC性能问题

症状：暂停时间变长
解决方案：调整GC参数，考虑使用ZGC

完整迁移示例

Java 8版本

public class UserService {
    private List<User> users = new ArrayList<>();
    
    public List<User> findUsersOlderThan(int age) {
        List<User> result = new ArrayList<>();
        for (User user : users) {
            if (user.getAge() > age) {
                result.add(user);
            }
        }
        return result;
    }
}

Java 17现代化版本

public class UserService {
    private final List<User> users = List.of(
        new User("张三", 25), new User("李四", 30)
    );
    
    public List<User> findUsersOlderThan(int age) {
        return users.stream()
            .filter(user -> user.age() > age)
            .toList();  // Java 16+简化语法
    }
    
    public record User(String name, int age) { }
}

总结

升级收益

• 性能提升：新的JVM优化和GC算法
• 开发效率：现代语言特性简化代码
• 安全性：更强的安全特性和漏洞修复
• 长期支持：LTS版本保障

升级建议

1. 渐进式升级：先在测试环境验证
2. 性能监控：升级前后对比性能指标
3. GC调优：根据应用场景选择合适的GC策略
4. 容器优化：充分利用Java 17的容器感知特性

Java 8到Java 17的升级是技术现代化的关键步骤，合理规划可以显著提升应用性能和开发效率。