JDK8升级JDK11最全实践干货来了 | 京东云技术团队

2023-09-19 376

1、前言

截至目前（2023年），Java8发布至今已有9年，2018年9月25日，Oracle发布了Java11，这是Java8之后的首个LTS版本。那么从JDK8到JDK11，到底带来了哪些特性呢？值得我们升级吗？而且升级过程会遇到哪些问题呢？带着这些问题，本篇文章将带来完整的JDK8升级JDK11最全实践。

2、为什么升级JDK11

1）性能提升

更好的垃圾收机制、更快的类加载器, 加快应用程序的运行速度。综合评估，从Java 8 升级到 Java 11，G1GC平均速度提升16.1%，ParallelGC为4.5%（基于OptaPlanner的用例基准测试表明）

2）特性和改进

局部变类型推断、新的 API、HTTP/2客户端、Lambda表达式的新特性等，这些新特性可以提高开发效率。

3）支持最新的技术和框架

许多新的技术和框架已经或即将开始依赖于JDK11或以上版本，升级后可以保证应用程序能够分利用这些新的技术和框架。

4）长期支持版本

JDK11是Oracle官方发布的一个长期支持（LTS），意味着它将获得长期的更新和支持，有助于保持用程序的稳定性和可靠性。

5）行业趋势

数据来自 New Relic 在2023年1月发布的Java生态报告，从下图可以看出：

目前市面上有 超过 56%的应用程序使用了JDK 11，Java 8 的使用从2020年的84%降低到了现在的32%左右。大部分公司在这三年之间都升级到了JDK 11 或者 JDK 17这两个LTS版本上面。
垃圾收集器使用情况来看，JDK11版本及以上 G1使用率最高，占比高达65%

3、升级后GC效果

先给出结论：

JDK11相对于JDK8，所有垃圾回收器的性能都有提升，特别是大内存机器下G1的提升最明显
8G内存以下的机器，推荐使用Parallel GC，如果特别追求低延迟，选择牺牲吞吐量，可以使用G1，并设置期望的最大垃圾回收停顿时间来控制
8G及以上的大内存机器，推荐使用G1 4、不推荐使用CMS，升级后从各项数据来看，CMS收集器都不如G1

我在JDOS平台上选择了不同配置的机器（2C4G、4C8G、8C16G），并分别使用JDK8和JDK11进行部署和压测。

整个压测过程限时60分钟，用180个虚拟用户并发请求一个接口，每次接口请求都创建512Kb的数据。最终产出不同GC回收器的各项指标数据，来分析GC的性能提升效果。

以下是压测的性能情况：

* 上面给出的GC升级效果，采用的是默认的配置，没有做任何优化，只提供参考。真正的GC调优是个技术活，需要根据业务需求、机器配置和实际压测效果等综合评估来选出最合适的GC垃圾回收器。

* 不同垃圾回收器的特点：

Parallel GC - JDK 8及以下版本的默认收集器，关注吞吐量，尝试在最小延迟的情况下尽快完成工作并提高吞吐量。
CMS - 一个老年代收集器，基于标记-清除算法实现，关注延迟，以最短回收停顿时间为目标
Garbage First（G1）- JDK 9以后的默认收集器，G1 关注总体的性能，会尝试在吞吐量和延迟之间做平衡。

4、JDK11带来了哪些新特性

4.1、GC改进

默认垃圾回收器改为G1，废弃CMS垃圾回收器

◦ G1特点：目标是降低应用程序的停顿时间并提高吞吐量。

引入ZGC垃圾回收器（可伸缩低延迟垃圾收集器） 但由于JDK11中ZGC还不够完善，推荐在JDK17中再使用稳定版ZGC

◦ Full GC的停顿不超过10毫秒

◦ 支持TB级堆内存回收

◦ 相对于G1吞吐量下降不超过15%

4.2、模块化

Java9引入了对于模块化软件支持，而Java11进一步扩展了这种特性。模块化让应用程序 更精简，减少对其他类库的依赖和冗余代码，提高运行效率和安全性 。

然而，目前不推荐使用模块化，因为相关组件生态还不完善，并且模块化带来的价值不够突出。具体原因请看后面章节的详细分析：新特性实践-模块化。

4.3、语法增强

◦ 局部变量推断，引入var局部变量类型，允许开发人员省略通常不必要的局部变量类型初始化声明

◦ Lambda表达式简化，内部可以使用var

◦ 接口中可以定义私有方法，可以实现接口方法的访问控制和代码复用

4.4、API增强

◦ HTTPClient标准化支持：强大而灵活的HTTP客户端API，支持多协议（HTTP/2、WebSocket）、异步非阻塞、流操作和连接池等特性。ps：再也不需要用第三包 HttpClient 工具包

◦ 字符串方法增强：isBlank、lines、strip、stripLeading、stripTrailing和repeat

◦ Files增强：readString、WriteString

◦ InputStream增强：transferTo（流快速拷贝）

◦ stream增强，dropWhile（从集合中删除满足的）、takeWhile（从集合中获取满足的）、ofNullable

◦ 集合工厂方法：Sets.of()、List.of()、Map.of()、Map.ofEntries()，举例：List<String> list = List.of("Java", "Python", "C++");

5、如何升级

5.1、升级应用评估

为保证稳定性，我们优先在新业务新应用来落地实施JDK11的升级。

5.2、JDK选择

自从2019年1月起，Oracle JDK后续的版本开始商用收费，所以推荐大家选择OpenJDK11，OpenJDK和OracleJDK功能上没有差异，支持免费商用。

OpenJDK11下载地址：https://jdk.java.net/archive/

5.3、GC配置

根据自身需求和机器配置选择GC，不同GC的JVM启动参数配置：

G1垃圾回收器（JDK11默认，不需要手动配置）：-XX:+UseG1GC
Parallel GC垃圾回收器：XX:+UseParallelGC

5.4、升级过程踩坑

整个升级过程还是比较简单的，除了升级JDK版本，实际遇到的问题如下：

5.5、升级后验证

升级后完成，做好单测和回归测试，推荐能做个压测验证，防止影响线上服务稳定性

6、新特性实践-模块化

Java一直是构建大型应用程序的主流语言之一。然而随着Java生态系统中存在着大量库和复杂的代码块之间关系难以理清的问题，构建系统变得困难且超出了我们的理解和有效开发的范围。特别是在使用繁多的Java存档文件（Java Archive, JAR）时，这一问题变得更加突出。为了应对这种复杂性，模块化能够很好地管理和减少代码的复杂性。因此自Java9开始，引入了模块化系统。通过模块化，Java本身也得以进行模块化改进。

6.1、模块化是什么？

模块化指的是JAVA平台的模块系统（Java Platform Module System），简称JPMS。JPMS引入一种新方式来组织和构建Java应用程序，它将代码分为相互独立、可复用的模块。每个块都有自己的命名空间，明确声明并控制其他模块的访问权限。这种模块化设计使得开发人员能够更好地维护复杂的应用程序，提高代码的复用性、可维护性和安全性，同时提升应用的加载速度和性能**。**最大的特点是可以定义模块描述符来隔离module（Jar包）内部类的访问权限。

模块化的几点关键说明：

1）相对于JDK8的变动

JDK9以后引入了一个新组件module：模块描述符module-info.java，用于将一组相关的包放入一个组中。
在Java8和更早的应用程序中，应用程序将包作为顶级组件，Java9以后应用程序将模块作为顶级组件
一个模块（Jar包）只能有一个module-info.java。

2）和maven的关系

模块化并不是要替代maven，和maven本身并不冲突，maven定义jar之间的依赖关系，模块化是对已经依赖的jar下的包进行更细粒度依赖控制

3）如何兼容旧应用

天然兼容旧应用。为了向后兼容旧项目，一些库本身并未模块化，其仍然可以作为模块在模块路径中使用，而这些库在模块路径上时会被转化为自动模块，例如：jackson-databind-1.0.0.jar将成为自动模块jackson.databind

6.2、带来了哪些好处？

1）封装和隔离，更好的访问控制

模块化允许开发者将代码和资源封装在独立的模块中。模块之间可以明确地定义公开和私有的API，提供了更好的代码隔离性和可维护性。

ps：新业务单应用可以按照领域模型来进行多模块的划分，以避免代码腐化。简单举例单应用下存在产品.jar、订单.jar。订单依赖产品，通过模块化的限制，订单只能使用产品中明确对外暴露的类，这样就避免传统模式订单.jar可能依赖了产品.jar中普通的类导致代码腐化的问题，也降低后续领域服务拆分的复杂度

2）更好的可伸缩性，加载速度的提升

模块化系统使得Java平台更加可伸缩，通过模块化定义，可以仅加载需要的模块，从而提升加载类的效率，最终减少了应用程序的内存占用和启动时间，同时打包后的程序也更小。

3）明确的依赖关系

模块化系统要求在模块之间明确定义依赖关系。在编译或运行代码之前，模块系统会检查模块是否满足所有依赖关系，从而导致更少的运行时错误。

4）安全

在JVM的最深层次上执行强封装，减少Java运行时的攻击面，同时无法获得对敏感内部类的反射访问。

6.3、如何使用

1）定义module-a.jar

包结构如下：

com.jdt.a
        person
            Men.java
        reflect
            ReflectModel.java
        module-info.java

module-info文件内容如下：

module module.a { 
    //指令用于指定一个模块中哪些包下的public对外是可访问的，包括直接引入和反射使用 
    exports com.jdt.a.person; 
    // 只能被反射调用，用于指定某个包下所有的 public 类都只能在运行时可被别的模块进行反射，并且该包下的所有的类及其乘员都可以通过反射进行访问。 
    opens com.jdt.a.refect; 
}

2）定义module-b.jar,包的pom中指定依赖了module-a

包结构如下：

com.jdt.b
        test
            Test.java
        module-info.java

module-info文件内容如下：

module module.b {
     //依赖a下的包
     requires module.a;
}

3）此时module-b.jar,在编写编码时，会遇到如下问题

6.4、实践过程的坑

上面简单介绍了模块化的知识，具体在落地过程中，我们主要踩了以下的坑，供大家参考

1）依赖JSF包时无法模块化

* JSF是京东内部使用的高性能RPC框架

进行模块化时，pom中依赖了jsf包，模块定义如下：

module module.a {
    requires  fastjson;
    //依赖jsf包名
    requires  jsf.lite;

    exports com.jd.jdk.test.module;
}

此时编译报错如下：提示找不到模块：jsf.lite，但是pom中明明指定依赖了jsf.lite

问题原因：

经过一系列定位研究，发现jsf-lite包中，/META-INF/services下的文件org.glassfish.jersey.internal.spi.AutoDiscoverable里面写的类是com.alibaba.fastjson.support.jaxrs.FastJsonAutoDiscoverable，此类并未在当前jsf.lite包中定义，属于com.alibaba.fastjson包的。

但是我们的pom中明明也依赖了com.alibaba.fastjson包，为什么模块化后，就找不到了呢？

主要原因在于模块化遇到SPI（Service Provider Interface）时的约束：模块化时，SPI机制要求配置中定义依赖的类必须本模块定义的，不能是其他模块的包（来自它不拥有的包），否则，此包将无法被模块化

这样也就解释了，为什么上面jsf无法找到module的问题，jsf-lite里面设置了它不拥有的包：com.alibaba.fastjson.support.jaxrs.FastJsonAutoDiscoverable，导致jsf-lite包无法被自动模块化

解决方案：

1、联系JSF团队，升级JSF包，修复上面说的FastJsonAutoDiscoverable配置错误的问题。

2）拆包问题（模块隔离）

模块化约束：jdk9以上，使用模块化时不支持拆分包的形式依赖

拆分包意味着两个模块包含相同的包，Java模块系统不允许拆分包。拆分包始终是不正常的，而当使用解析可传递依赖项的构建工具（如Maven等）时，很容易出现同一个库的多个版本，当Java模块系统检测到一个包存在于模块路径上的多个模块中时，就会拒绝启动。

例如：

module-a.jar包结构定义：
com.foo.package
    A.java
    
module-b.jar包结构定义：
com.foo.package
    B.java

当module-c同时依赖module-a和module-b时，如上编译时会报一个错，Package com.foo.package in both module module.b and module module.a，这就是JAVA9的模块隔离，要求只能从一个模块（module）中读取同一个包（package），不能跨模块读取。

解决方案：

如果在使用模块化时，遇到了拆分包问题，无论如何都是无法绕过的。即使从用户角度来看基于类路径的应用程序可以正确工作，你也最终需要处理这些问题。此时只能停用模块化或升级jar包，避免拆分包问题

6.5、模块化落地总结

目前不推荐使用模块化，因为相关组件生态还不完善，并且模块化带来的价值不够突出：

很多中间件都是基于jdk8构建的，都有可能遇到模块化兼容的问题，比如：jsf，需要jsf强制升级才可以使用模块化
拆包问题无法解决，比如：aws-java-sdk-s3、fluent等。

7、总结

升级过程简单，升级后可以使用更多新特性和更好的GC性能，所以 建议升级到JDK11。
现阶段 不推荐使用模块化，但是不用担心会影响JDK11的升级。

另外听说JDK17的 ZGC可以达到亚秒级停顿，但考虑到JDK11的ZGC还不是很稳定，所以本次不做测试，后面升级到JDK17后再给大家分享ZGC压测效果。

希望以上分享可以给大家带来实际的帮助。

作者：京东科技曲振富

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