Java 21 ist eines der spannendsten Releases der letzten Jahre
Mit dem OpenJDK 21 ist gerade ein Release erschienen, für das Hersteller längeren Support (LTS) anbieten. Diese Version hat aber auch sonst einiges zu bieten.
(Bild: Natalia Hanin / Shutterstock.com)
- Falk Sippach
Mit 15 JEPs (JDK Enhancement Proposals) bringt das OpenJDK 21 so vielen Themen wie lange nicht. Und es hält auch inhaltlich eine Menge interessanter Features für uns Java-Entwickler bereit. Einige Funktionen sind schon länger in Arbeit, darunter das Pattern Matching, die Virtual Threads, die Vector API oder auch die Foreign Function & Memory API. Während beim Pattern Matching und den Virtual Threads Teile finalisiert wurden, bleiben andere Aspekte weiterhin im Preview- oder auch Inkubator-Modus. Für Entwickler besonders spannend sind aber einige ganz neue Themen wie die String Templates, die "Unnamed Classes and Instance Main Methods" (beide zunächst als Preview dabei) und die Sequenced Collections
Pattern Matching ist jetzt produktiv einsetzbar
Beim Pattern Matching geht es darum, bestehende Strukturen mit Mustern abzugleichen, um komplizierte Fallunterscheidungen effizient und wartbar implementieren zu können. Es wird bereits seit einigen Jahren im Rahmen von Project Amber entwickelt. Bis zum letzten Release mit LTS-Support (OpenJDK 17) wurden zunächst nur Basis-Funktionen wie Switch Expressions, Sealed Classes, Records und Pattern Matching for instanceof abgeschlossen. Mit Java 21 kann es nun auch produktiv eingesetzt werden. Mit den Record Patterns und dem Pattern Matching for switch wurden zwei wichtige Bausteine finalisiert. Bei den Record Patterns handelt es sich um einen neuen Pattern Typ, der Records matched und gleichzeitig in ihre Bestandteile zerlegt (dekonstruiert), sodass direkt mit den Komponenten weitergearbeitet werden kann. Und mit Pattern Matching for switch werden alle bisherigen Funktionen zusammengebracht, sodass man in switch-Expressions nun neben den schon immer verfügbaren Constant Patterns auch Type- und Record Patterns inklusive der when-Clauses (früher Guarded Patterns genannt) einsetzen kann. Ganz frisch (in 21 als Preview eingeführt) sind die Unnamed Patterns. Dadurch lassen sich Platzhalter (der Unterstrich _) verwenden, wenn die Pattern Variablen nicht ausgewertet werden sollen. Das macht den Code kompakter, besser lesbar und weniger fehleranfällig (vermeidet toten Code). Dieses Konstrukt lässt sich auch in catch-Blöcken oder bei Lambda-Parametern als sogenannte Unnamed Variables einsetzen.
Virtual Threads machen Java zukunftssicher
Da sind sich viele Experten einig und zeigen ihre Begeisterung für eines der wichtigsten Features in der Geschichte von Java, das sich direkt in eine Reihe mit Generics, Lambda-Ausdrücken und dem Plattform-Modul-System einreiht. Die Virtual Threads erlauben eine viel größere Anzahl gleichzeitiger Threads. Sie haben besonders beim Ressourcenverbrauch die Nase vorn gegenüber den klassischen Plattform-Threads. Dadurch können viel mehr (theoretisch Millionen) der virtuellen Threads in einem Prozess gestartet werden, ohne gleich an die Speichergrenzen der VM zu stoßen. Das ermöglicht eine bessere Auslastung der CPU. Die meisten Java Entwickler werden allerdings nicht direkt mit nebenläufiger Programmierung und Virtual Threads in Berührung kommen. Sie profitieren trotzdem, weil Framework-Hersteller (Spring, Quarkus, ...) Virtual Threads unter der Haube einbauen werden. Das ermöglicht gerade bei Webanwendungen eine bessere Auslastung, weil mehr eingehende Requests von Nutzern gleichzeitig verarbeitet werden können. Die Bremse sind ohnehin IO-Zugriffe (z. B. auf die Datenbank). Da die Requests aber sehr günstig zu erzeugen und zu betreiben sind (geringerer Speicherverbrauch) und so viel mehr gleichzeitig verwaltet werden können, lassen sich die vorhandenen Ressourcen besser nutzen.
Im Umfeld der nun abgeschlossenen Virtual Threads gibt es noch zwei, erneut als Preview erschienene Funktionen, die Structured Concurrency und die Scoped Values. Letzteres ist eine bessere Alternative zu den ThreadLocal-Variablen. Und Structured Concurrency ermöglicht die Bearbeitung von mehreren parallelen Teilaufgaben auf eine besonders les- und wartbare Art und Weise.
Die kleineren Themen machen Java Entwickler glücklich
Einige der vom Funktionsumfang überschaubaren Features sind etwas überraschend im Release von Java 21 aufgetaucht. Besonders spannend sind die String Templates. Sie bringen nicht nur die lang ersehnte String Interpolation in die Java Welt. Die Implementierung ermöglicht in Zukunft sogar das einfache Erstellen eigener Template Prozessoren, die aus Texten mit Platzhaltern zum Beispiel JSON Objekte oder sichere Datenbankabfragen mit PreparedStatements erzeugen können.
Sequenced Collections bringen eine Handvoll neuer Methoden für Collections, deren Elemente in einer wohldefinierten Reihenfolge geordnet sind. Dazu zählen Lese- und Schreibzugriffe (inklusive Entfernen) auf das erste beziehungsweise letzte Element und das Umdrehen der Reihenfolge (reversed()). Dadurch wird das immer noch viel benutzte Collection Framework weiter aufgewertet.
Am 4. Oktober findet die betterCode() Java 21 LTS statt. Bei der Online-Konferenz dreht sich alles um das frische LTS-Release (Long-Term Support) der Programmiersprache. Der von iX und dpunkt.verlag ausgerichtete Thementag behandelt in sieben Vorträgen die wesentlichen Neuerungen. Außerdem wirft er einen Blick hinter die Kulissen des OpenJDK.
Für Java-Einsteiger wird es in Zukunft auch leichter. Sie müssen zum Erstellen einer ausführbaren Klasse nicht mehr gleich die speziellen Konstrukte wie class, static, public, String[] args usw. verstehen. Mit dem "JEP 445: Unnamed Classes and Instance Main Methods (Preview)" kann man jetzt ausführbare main-Methoden kürzer und prägnanter definieren und sogar auf eine umschließende Klasse verzichten. In Kombination mit dem im JDK 11 veröffentlichten JEP "Launch Single-File Source-Code Programs" lassen sich sehr schlank kleine Java-Anwendungen in einer Textdatei mit einer simplen void main(){}-Methode von der Kommandozeile aufrufen. Und das kommt dann auch erfahrenen Java-Entwicklern zugute.
Was sonst noch passiert ist
Die Vector API ist ein Dauerläufer und taucht seit Java 16 regelmäßig in den Releases auf, diesmal als sechster Inkubator (Vorstufe von Preview). Es geht dabei um die Unterstützung der modernen Möglichkeiten von SIMD-Rechnerarchitekturen mit Vektorprozessoren. Single Instruction Multiple Data (SIMD) lässt mehrere Prozessoren gleichzeitig unterschiedliche Daten verarbeiten. Durch die Parallelisierung auf Hardware-Ebene verringert sich beim SIMD-Prinzip der Aufwand für rechenintensive Schleifen.
Auch schon seit einigen Versionen mit an Bord ist die Foreign Function & Memory API, diesmal im 3. Preview. Wer schon sehr lange in der Java-Welt unterwegs ist, wird das Java Native Interface (JNI) kennen. Damit kann nativer C-Code aus Java heraus aufgerufen werden. Der Ansatz ist aber relativ aufwändig und fragil. Die Foreign Function API bietet einen statisch typisierten, rein Java-basierten Zugriff auf nativen Code (C-Bibliotheken). Zusammen mit dem Foreign-Memory Access API kann diese Schnittstelle den bisher fehleranfälligen und langsamen Prozess der Anbindung einer nativen Bibliothek beträchtlich vereinfachen. Mit letzterer bekommen Java-Anwendungen die Möglichkeit, außerhalb des Heaps zusätzlichen Speicher zu allokieren. Ziel der neuen APIs ist es, den Implementierungsaufwand um 90 Prozent zu reduzieren und die Leistung um Faktor 4 bis 5 zu beschleunigen. Beide APIs sind seit dem JDK 14 beziehungsweise 16 im JDK zunächst einzeln und ab 18 als gemeinsamer Inkubator-JEP enthalten. Vermutlich wird sich dieses Feature langsam der Finalisierung nähern.
Bei den Garbage Collectors hat sich auch etwas getan. Der vor wenigen Jahren im OpenJDK 15 eingeführte ZGC (Scalable Low-Latency Garbage Collector) gehört zu einer neuen Generation. Das Ziel ist, große Datenmengen (TB von RAM) mit möglichst kurzen GC-Pausen (kleiner 10 ms) aufzuräumen und so die Anwendung nahezu immer antwortbereit zu halten. Bisher machte der ZGC keine Unterscheidung zwischen frischen und schon länger existierenden Objekten. Die Idee ist, dass Objekte, die bereits einen oder mehrere GC-Läufe überlebt haben, auch in Zukunft wahrscheinlich noch lange weiterleben werden. Diese werden dann in einen extra Bereich (Old Generation) verschoben und müssen so bei den Standard-Läufen nicht mehr verarbeitet werden. Das kann einen Schub bei der Performance einer Anwendung geben.
Es gibt noch einige weitere, für Entwickler nicht so relevante JEPs. Für die vielen Details lohnt auch ein Blick auf die Release Notes. Änderungen am JDK (Java Klassenbibliothek) lassen sich zudem sehr schön über den Java Almanac nachvollziehen. In dieser Übersicht finden sich unter anderem alle Neuerungen zu den String Templates und den Sequenced Collections. In der String-Klasse gab es auch kleine Erweiterungen: Beispielsweise wurde die Methode indexOf(String str, int beginIndex, int endIndex) eingeführt, die in einem bestimmten Bereich nach einem Teil-String sucht. Die Klassen StringBuffer und StringBuilder wurden jeweils um zwei ähnliche Methoden erweitert, die ein Zeichen oder eine Zeichenkette wiederholt mal an das bestehende Objekt anhängen: repeat(CharSequence, int). Die Klasse Character wurde wiederum um eine Vielzahl von Methoden erweitert, die prüfen, ob eine Unicode-Zeichen ein Emoji oder eine Variante davon darstellt. Java geht also auch hier mit der Zeit.
Fazit
Einen ausführlichen Überblick über das Java-21-Release findet sich im frisch erschienen iX-Artikel. Durch die Finalisierung der Virtual Threads wird Java 21 in ein paar Jahren auf eine Stufe mit Java 5 (Generics), Java 8 (Lambdas, Stream-API) und Java 9 (Plattform Modul System) gestellt werden. Auch wenn sich das Potenzial dieser Idee noch nicht vollständig erfassen lässt, werden die virtuellen Threads die Implementierung von hochskalierbaren Server-Anwendungen in Zukunft stark vereinfachen. Aber Java 21 hält noch viele andere Highlights bereit. Beim Pattern Matching wurden das Kernstück (Pattern Matching for switch) sowie die Record Patterns finalisiert und die Unnamed Patterns als Preview eingeführt. Die String Templates (im Moment noch als Preview) und auch die Sequenced Collections erleichtern Java-Entwicklern das Leben. Das steigert schon jetzt die Vorfreude auf das nächste Release im März 2024.
(rme)
