Java 11 新特性

前言

北京时间 2018年9 月 26 日，Oracle 官方宣布 Java 11 正式发布。这是 Java 大版本周期变化后的第一个长期支持版本，非常值得关注。从官网即可下载, 最新发布的 Java11 将带来 ZGC、Http Client 等重要特性，一共包含 17 个 JEP（JDK Enhancement Proposals，JDK 增强提案）。

JDK 11 将是一个 企业不可忽视的版本。从时间节点来看，JDK 11 的发布正好处在 JDK 8 免费更新到期的前夕，同时 JDK 9、10 也陆续成为“历史版本”，下面是 Oracle JDK 支持路线图：

 

JDK 更新很重要吗？非常重要，在过去的很多年中，Oracle 和 OpenJDK 社区提供了接近免费的午餐，导致人们忽略了其背后的海量工作和价值，这其中包括但不仅仅限于：最新的安全更新，如，安全协议等基础设施的升级和维护，安全漏洞的及时修补，这是 Java 成为企业核心设施的基础之一。大量的新特性、Bug 修复，例如，容器环境支持，GC 等基础领域的增强。很多生产开发中的 Hack，其实升级 JDK 就能解决了。不断改进的 JVM，提供接近零成本的性能优化…

JDK 11 是一个长期支持版本（LTS, Long-Term-Support）

对于企业来说，选择 11 将意味着长期的、可靠的、可预测的技术路线图。其中免费的OpenJDK11 确定将得到 OpenJDK 社区的长期支持， LTS 版本将是可以放心选择的版本。

从 JVM GC 的角度，JDK11 引入了两种新的 GC，其中包括也许是划时代意义的 ZGC，虽然其目前还是实验特性，但是从能力上来看，这是 JDK 的一个巨大突破，为特定生产环境的苛刻需求提供了一个可能的选择。例如，对部分企业核心存储等产品，如果能够保证不超过 10ms 的 GC 暂停，可靠性会上一个大的台阶，这是过去我们进行 GC 调优几乎做不到的，是能与不能的问题。

 

对于 G1 GC，相比于 JDK 8，升级到 JDK 11 即可免费享受到：并行的 Full GC，快速的 CardTable 扫描，自适应的堆占用比例调整（IHOP），在并发标记阶段的类型卸载等等。这些都是针对 G1 的不断增强，其中串行 Full GC 等甚至是曾经被广泛诟病的短板，你会发现 GC 配置和调优在 JDK11 中越来越方便。

云计算时代的监控、诊断和 Profiling 能力，这个是相比 ZGC 更具生产实践意义的特性。

Java 的应用场景跨度很大，从单机长时间运行的 Java 应用，发展成为分布式、大的单体应用或小的 function、瞬时或长时间运行等，应用场景非常复杂。

我们用什么工具诊断 Java 应用？

JDK 11 为我们提供了更加强大的基础能力，主要是两部分：

JEP 328: Flight Recorder（JFR）是 Oracle 刚刚开源的强大特性。

 

JFR 是一套集成进入 JDK、JVM 内部的事件机制框架，通过良好架构和设计的框架，硬件层面的极致优化，生产环境的广泛验证，它可以做到极致的可靠和低开销。在 SPECjbb2015 等基准测试中，JFR 的性能开销最大不超过 1%，所以，工程师可以基本没有心理负担地在大规模分布式的生产系统使用，这意味着，我们既可以随时主动开启 JFR 进行特定诊断，也可以让系统长期运行 JFR，用以在复杂环境中进行“After-the-fact”分析。

在保证低开销的基础上，JFR 提供的能力可以应用在对锁竞争、阻塞、延迟，JVM GC、SafePoint 等领域，进行非常细粒度分析。甚至深入 JIT Compiler 内部，全面把握热点方法、内联、逆优化等等。JFR 提供了标准的 Java、C++ 等扩展 API，可以与各种层面的应用进行定制、集成，为复杂的企业应用栈或者复杂的分布式应用，提供 All-in-One 解决方案。

而这一切都是内建在 JDK 和 JVM 内部的，并不需要额外的依赖，开箱即用。

 JEP 331: Low-Overhead Heap Profiling。

它来源于 Google 等业界前沿厂商的一线实践，通过获取对象分配细节，为 JDK 补足了对象分配诊断方面的一些短板，工程师可以通过 JVMTI 使用这个能力增强自身的工具。

从 Java 类库发展的角度来看，JDK 11 最大的进步也是两个方面：

第一, HTTP/2 Client API，新的 HTTP API 提供了对 HTTP/2 等业界前沿标准的支持，精简而又友好的 API 接口，与主流开源 API（如，Apache HttpClient， Jetty， OkHttp 等）对等甚至更高的性能。与此同时它是 JDK 在 Reactive-Stream 方面的第一个生产实践，广泛使用了 Java Flow API 等，终于让 Java 标准 HTTP 类库在扩展能力等方面，满足了现代互联网的需求。

第二，就是安全类库、标准等方面的大范围升级，其中特别是 JEP 332: Transport Layer Security (TLS) 1.3，除了在安全领域的重要价值，它还是中国安全专家范学雷所领导的 JDK 项目，完全不同于以往的修修补补，是个非常大规模的工程。

除此之外，JDK 还在逐渐进行瘦身工作，或者偿还 JVM、Java 规范等历史欠账，例如

335: Deprecate the Nashorn JavaScript Engine

它进一步明确了 Graal 很有可能将成为 JVM 向前演进的核心选择，Java-on-Java 正在一步步的成为现实。

官方的更新列表如下 :

JEP 181: Nest-Based Access Control

JEP 309: Dynamic Class-File Constants

JEP 315: Improve Aarch64 Intrinsics

JEP 318: Epsilon: A No-Op Garbage Collector

JEP 320: Remove the Java EE and CORBA Modules

JEP 321: HTTP Client (Standard)

JEP 323: Local-Variable Syntax for Lambda Parameters

JEP 324: Key Agreement with Curve25519 and Curve448

JEP 327: Unicode 10

JEP 328: Flight Recorder

JEP 329: ChaCha20 and Poly1305 Cryptographic Algorithms

JEP 330: Launch Single-File Source-Code Programs

JEP 331: Low-Overhead Heap Profiling

JEP 332: Transport Layer Security (TLS) 1.3

JEP 333: ZGC: A Scalable Low-Latency Garbage Collector (Experimental)

JEP 335: Deprecate the Nashorn JavaScript Engine

JEP 336: Deprecate the Pack200 Tools and API 

注 : JEP (JDK Enhancement Proposal 特性增强提议)

1. JShell。(java9开始支持)
2. Dynamic Class-File Constants类文件新添的一种结构

03.局部变量类型推断（var关键字）。(java10 开始支持)

04.新加的一些更实用的API

05.移除的一些其他内容

06.标准Java异步HTTP客户端。

07.更简化的编译运行

08.Unicode 10

09.Remove the JavaEE and CORBA Moudles

10.JEP : 335 : Deprecate the Nashorn JavaScript Engine

11.JEP : 336 : Deprecate the Pack200 Tools and API

12.新的Epsilon垃圾收集器。

13.新的ZGC垃圾收集器

14.完全支持Linux容器（包括Docker）。

15.支持G1上的并行完全垃圾收集。

16.免费的低耗能堆分析仪。

17.JEP 329 : 实现ChaCha20和Poly1305两种加密算法

18.新的默认根权限证书集。

19.JEP 332最新的HTTPS安全协议TLS 1.3。

20.Java Flight Recorder 飞行记录仪

01. JShell。

用过Python的童鞋都知道，Python 中的读取-求值-打印循环（ Read-Evaluation-Print Loop ）很方便。它的目的在于以即时结果和反馈的形式。

java9引入了jshell这个交互性工具，让Java也可以像脚本语言一样来运行，可以从控制台启动 jshell ，在 jshell 中直接输入表达式并查看其执行结果。当需要测试一个方法的运行效果，或是快速的对表达式进行求值时，jshell 都非常实用。

除了表达式之外，还可以创建 Java 类和方法。jshell 也有基本的代码完成功能。我们在教人们如何编写 Java 的过程中，不再需要解释 “public static void main（String [] args）” 这句废话。

 

02.Dynamic Class-File Constants类文件新添的一种结构

Java的类型文件格式将被拓展，支持一种新的常量池格式：CONSTANT_Dynamic，加载CONSTANT_Dynamic会将创建委托给bootstrap方法。

目标

其目标是降低开发新形式的可实现类文件约束带来的成本和干扰。

03.局部变量类型推断（var ”关键字”）。

什么是局部变量类型推断？

 var javastack = "javastack";

System.out.println(javastack);

大家看出来了，局部变量类型推断就是左边的类型直接使用 var 定义，而不用写具体的类型，编译器能根据右边的表达式自动推断类型，如上面的 String 。

var javastack = "javastack";

就等于：

String javastack = "javastack";

在声明隐式类型的lambda表达式的形参时允许使用var

使用var的好处是在使用lambda表达式时给参数加上注解

(@Deprecated var x, @Nullable var y) -> x.process(y);

var 语法 : 局部变量的类型推断.

注意点 :
1) var a; 这样不可以, 因为无法推断.
2) 类的属性的数据类型不可以使用var.

有参数的lambda表达式使用

函数式接口 :
Consumer<T> : 消费型函数式接口.

public void accept(T t);
Consumer<String> consumer = t -> System.out.println(t.toUpperCase());
Consumer<String> consumer = (var t) -> System.out.println(t.toUpperCase());

错误的形式: 必须要有类型, 可以加上var

Consumer<String> consumer = (@Deprecated t) -> System.out.println(t.toUpperCase());

正确的形式:

Consumer<String> consumer = (@Deprecated var t) -> System.out.println(t.toUpperCase());

04.新加一些实用的API

1.新的本机不可修改集合API。

自 Java 9 开始，Jdk 里面为集合（List/ Set/ Map）都添加了 of 和 copyOf 方法，它们两个都用来创建不可变的集合，来看下它们的使用和区别。

示例1：

var list = List.of("Java", "Python", "C");

var copy = List.copyOf(list);

System.out.println(list == copy); // true

示例2：

 var list = new ArrayList<String>();

var copy = List.copyOf(list);

System.out.println(list == copy); // false

示例1和2代码差不多，为什么一个为true,一个为false?

来看下它们的源码：

 static <E> List<E> of(E... elements) {

  switch (elements.length) { // implicit null check of elements

    case 0:

        return ImmutableCollections.emptyList();

    case 1:

        return new ImmutableCollections.List12<>(elements[0]);

    case 2:

        return new ImmutableCollections.List12<>(elements[0], elements[1]);

    default:

        return new ImmutableCollections.ListN<>(elements);

  }

}

static <E> List<E> copyOf(Collection<? extends E> coll) {

    return ImmutableCollections.listCopy(coll);

}

static <E> List<E> listCopy(Collection<? extends E> coll) {

    if (coll instanceof AbstractImmutableList && coll.getClass() != SubList.class) {

        return (List<E>)coll;

    } else {

        return (List<E>)List.of(coll.toArray());

    }

}

View Code

可以看出 copyOf 方法会先判断来源集合是不是 AbstractImmutableList 类型的，如果是，就直接返回，如果不是，则调用 of 创建一个新的集合。

示例2因为用的 new 创建的集合，不属于不可变 AbstractImmutableList 类的子类，所以 copyOf 方法又创建了一个新的实例，所以为false. 

注意：使用of和copyOf创建的集合为不可变集合，不能进行添加、删除、替换、排序等操作，不然会报 java.lang.UnsupportedOperationException 异常。

上面演示了 List 的 of 和 copyOf 方法，Set 和 Map 接口都有。

除了更短和更好阅读之外，这些方法也可以避免您选择特定的集合实现。在创建后，继续添加元素到这些集合会导致 “UnsupportedOperationException” 。

2.Stream 加强

Stream 是 Java 8 中的新特性，Java 9 开始对 Stream 增加了以下 4 个新方法。

1) 增加单个参数构造方法，可为null 

Stream.ofNullable(null).count(); // 0

2) 增加 takeWhile 和 dropWhile 方法

Stream.of(1, 2, 3, 2, 1)

.takeWhile(n -> n < 3)

.collect(Collectors.toList()); // [1, 2]

从开始计算，当 n < 3 时就截止。

Stream.of(1, 2, 3, 2, 1)

.dropWhile(n -> n < 3)

.collect(Collectors.toList()); // [3, 2, 1]

这个和上面的相反，一旦 n < 3 不成立就开始计算。 

3）iterate重载

这个 iterate 方法的新重载方法，可以让你提供一个 Predicate (判断条件)来指定什么时候结束迭代。

3.增加了一系列的字符串处理方法

如以下所示。

// 判断字符串是否为空白

" ".isBlank(); // true

// 去除首尾空白

" Javastack ".strip(); // "Javastack"

// 去除尾部空格

" Javastack ".stripTrailing(); // " Javastack"

// 去除首部空格

" Javastack ".stripLeading(); // "Javastack "

// 复制字符串

"Java".repeat(3);// "JavaJavaJava"

// 行数统计

"A\nB\nC".lines().count(); // 3

4.Optional 加强

Opthonal 也增加了几个非常酷的方法，现在可以很方便的将一个 Optional 转换成一个 Stream, 或者当一个空 Optional 时给它一个替代的。

Optional.of("javastack").orElseThrow(); // javastack

Optional.of("javastack").stream().count(); // 1

Optional.ofNullable(null)

.or(() -> Optional.of("javastack"))

.get(); // javastack

5.改进的文件API。

InputStream 加强

InputStream 终于有了一个非常有用的方法：transferTo，可以用来将数据直接传输到 OutputStream，这是在处理原始数据流时非常常见的一种用法，如下示例。

var classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();

var inputStream = classLoader.getResourceAsStream("javastack.txt");

var javastack = File.createTempFile("javastack2", "txt");

try (var outputStream = new FileOutputStream(javastack)) {

    inputStream.transferTo(outputStream);

}

05.移除的一些其他内容

移除项

移除了com.sun.awt.AWTUtilities

移除了sun.misc.Unsafe.defineClass，

使用java.lang.invoke.MethodHandles.Lookup.defineClass来替代

移除了Thread.destroy()以及 Thread.stop(Throwable)方法

移除了sun.nio.ch.disableSystemWideOverlappingFileLockCheck、sun.locale.formatasdefault属性

移除了jdk.snmp模块

移除了javafx，openjdk估计是从java10版本就移除了，oracle jdk10还尚未移除javafx，而java11版本则oracle的jdk版本也移除了javafx

移除了Java Mission Control，从JDK中移除之后，需要自己单独下载

移除了这些Root Certificates ：Baltimore Cybertrust Code Signing CA，SECOM ，AOL and Swisscom

废弃项

-XX+AggressiveOpts选项

-XX:+UnlockCommercialFeatures

-XX:+LogCommercialFeatures选项也不再需要

06.标准Java异步HTTP客户端。

这是 Java 9 开始引入的一个处理 HTTP 请求的的 HTTP Client API，该 API 支持同步和异步，而在 Java 11 中已经为正式可用状态，你可以在 java.net 包中找到这个 API。

来看一下 HTTP Client 的用法：

var request = HttpRequest.newBuilder()

.uri(URI.create("https://javastack.cn"))

.GET()

.build();

var client = HttpClient.newHttpClient();

// 同步

HttpResponse<String> response = client.send(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());

System.out.println(response.body());

// 异步

client.sendAsync(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString())

.thenApply(HttpResponse::body)

.thenAccept(System.out::println);

View Code

上面的 .GET() 可以省略，默认请求方式为 Get！ 

更多使用示例可以看这个 API，后续有机会再做演示。

现在 Java 自带了这个 HTTP Client API，我们以后还有必要用 Apache 的 HttpClient 工具包吗？

07.更简化的编译运行程序

JEP 330 : 增强java启动器支持运行单个java源代码文件的程序.

注意点 :

1) 执行源文件中的第一个类, 第一个类必须包含主方法

2) 并且不可以使用别源文件中的自定义类, 本文件中的自定义类是可以使用的.

一个命令编译运行源代码

看下面的代码。

// 编译

javac Javastack.java

// 运行

java Javastack

在我们的认知里面，要运行一个 Java 源代码必须先编译，再运行，两步执行动作。而在未来的 Java 11 版本中，通过一个 java 命令就直接搞定了，如以下所示。

java Javastack.java 

08.Unicode 10

Unicode 10 增加了8518个字符, 总计达到了136690个字符. 并且增加了4个脚本.同时还有56个新的emoji表情符号.

09.Remove the JavaEE and CORBA Moudles

在java11中移除了不太使用的JavaEE模块和CORBA技术

CORBA来自于二十世纪九十年代，Oracle说，现在用CORBA开发现代Java应用程序已经没有意义了，维护CORBA的成本已经超过了保留它带来的好处。

但是删除CORBA将使得那些依赖于JDK提供部分CORBA API的CORBA实现无法运行。目前还没有第三方CORBA版本，也不确定是否会有第三方愿意接手CORBA API的维护工作。

在java11中将java9标记废弃的Java EE及CORBA模块移除掉，具体如下：

（1） xml相关的，

java.xml.ws,

java.xml.bind，

java.xml.ws，

java.xml.ws.annotation，

jdk.xml.bind，

jdk.xml.ws被移除，

只剩下java.xml，java.xml.crypto,jdk.xml.dom这几个模块；

（2） java.corba，java.se.ee，

java.activation，

java.transaction被移除，

但是java11新增一个java.transaction.xa模块

10.JEP : 335 : Deprecate the Nashorn JavaScript Engine

废除Nashorn javascript引擎，在后续版本准备移除掉，有需要的可以考虑使用GraalVM 

11.JEP : 336 : Deprecate the Pack200 Tools and API

Java5中带了一个压缩工具:Pack200，这个工具能对普通的jar文件进行高效压缩。其  实现原理是根据Java类特有的结构，合并常数  池，去掉无用信息等来实现对java类的高效压缩。由于是专门对Java类进行压缩的，所以对普通文件的压缩和普通压缩软件没有什么两样，但是对于Jar  文件却能轻易达到10-40%的压缩率。这在Java应用部署中很有用，尤其对于移动Java计算，能够大大减小代码下载量。

Java5中还提供了这一技术的API接口，你可以将其嵌入到你的程序中使用。使用的方法很简单，下面的短短几行代码即可以实现jar的压缩和解压：

压缩

Packer packer=Pack200.newPacker();

OutputStream output=new BufferedOutputStream(new  FileOutputStream(outfile));

packer.pack(new JarFile(jarFile), output);

output.close();

解压

Unpacker unpacker=Pack200.newUnpacker();

output=new JarOutputStream(new FileOutputStream(jarFile));

unpacker.unpack(pack200File, output);

output.close();

Pack200的压缩和解压缩速度是比较快的，而且压缩率也是很惊人的，在我是使用  的包4.46MB压缩后成了1.44MB（0.322%），而且随着包的越大压缩率会根据明显，据说如果jar包都是class类可以压缩到1/9的大  小。其实JavaWebStart还有很多功能，例如可以按不同的jar包进行lazy下载和 单独更新，设置可以根据jar中的类变动进行class粒度的下载。

但是在java11中废除了pack200以及unpack200工具以及java.util.jar中的Pack200 API。因为Pack200主要是用来压缩jar包的工具，由于网络下载速度的提升以及java9引入模块化系统之后不再依赖Pack200，因此这个版本将其移除掉。

12.新的Epsilon垃圾收集器。

A NoOp Garbage Collector

JDK上对这个特性的描述是: 开发一个处理内存分配但不实现任何实际内存回收机制的GC, 一旦可用堆内存用完, JVM就会退出.

如果有System.gc()调用, 实际上什么也不会发生(这种场景下和-XX:+DisableExplicitGC效果一样), 因为没有内存回收, 这个实现可能会警告用户尝试强制GC是徒劳.

用法 : -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseEpsilonGC 

class Garbage {

int n = (int)(Math.random() * 100);

@Override

public void finalize() {

System.out.println(this + " : " + n + " is dying");

}

}

public class EpsilonTest {

 

public static void main(String[] args) {

boolean flag = true;

List<Garbage> list = new ArrayList<>();

long count = 0;

while (flag) {

list.add(new Garbage());

if (list.size() == 1000000 && count == 0) {

list.clear();

count++;

}

}

System.out.println("程序结束");

}

}

View Code

如果使用选项-XX:+UseEpsilonGC, 程序很快就因为堆空间不足而退出

使用这个选项的原因 :

提供完全被动的GC实现, 具有有限的分配限制和尽可能低的延迟开销,但代价是内存占用和内存吞吐量.

众所周知, java实现可广泛选择高度可配置的GC实现. 各种可用的收集器最终满足不同的需求, 即使它们的可配置性使它们的功能相交. 有时更容易维护单独的实现, 而不是在现有GC实现上堆积另一个配置选项.

主要用途如下 :

性能测试(它可以帮助过滤掉GC引起的性能假象)

内存压力测试(例如,知道测试用例 应该分配不超过1GB的内存, 我们可以使用-Xmx1g –XX:+UseEpsilonGC, 如果程序有问题, 则程序会崩溃)

非常短的JOB任务(对象这种任务, 接受GC清理堆那都是浪费空间)

VM接口测试

Last-drop 延迟&吞吐改进 

13. ZGC, 这应该是JDK11最为瞩目的特性, 没有之一. 但是后面带了Experimental, 说明这还不建议用到生产环境.

ZGC, A Scalable Low-Latency Garbage Collector(Experimental)

ZGC, 这应该是JDK11最为瞩目的特性, 没有之一. 但是后面带了Experimental, 说明这还不建议用到生产环境.

GC暂停时间不会超过10ms

既能处理几百兆的小堆, 也能处理几个T的大堆(OMG)

和G1相比, 应用吞吐能力不会下降超过15%

为未来的GC功能和利用colord指针以及Load barriers优化奠定基础

初始只支持64位系统

ZGC的设计目标是：支持TB级内存容量，暂停时间低（<10ms），对整个程序吞吐量的影响小于15%。 将来还可以扩展实现机制，以支持不少令人兴奋的功能，例如多层堆（即热对象置于DRAM和冷对象置于NVMe闪存），或压缩堆。

GC是java主要优势之一. 然而, 当GC停顿太长, 就会开始影响应用的响应时间.消除或者减少GC停顿时长, java将对更广泛的应用场景是一个更有吸引力的平台. 此外, 现代系统中可用内存不断增长,用户和程序员希望JVM能够以高效的方式充分利用这些内存, 并且无需长时间的GC暂停时间.

STW – stop the world

ZGC是一个并发, 基于region, 压缩型的垃圾收集器, 只有root扫描阶段会STW, 因此GC停顿时间不会随着堆的增长和存活对象的增长而变长.

ZGC : avg 1.091ms max:1.681

G1  : avg 156.806  max:543.846

用法 : -XX:+UnlockExperimentalVMOptions –XX:+UseZGC, 因为ZGC还处于实验阶段, 所以需要通过JVM参数来解锁这个特性

14.完全支持Linux容器（包括Docker）。

许多运行在Java虚拟机中的应用程序（包括Apache Spark和Kafka等数据服务以及传统的企业应用程序）都可以在Docker容器中运行。但是在Docker容器中运行Java应用程序一直存在一个问题，那就是在容器中运行JVM程序在设置内存大小和CPU使用率后，会导致应用程序的性能下降。这是因为Java应用程序没有意识到它正在容器中运行。随着Java 10的发布，这个问题总算得以解决，JVM现在可以识别由容器控制组（cgroups）设置的约束。可以在容器中使用内存和CPU约束来直接管理Java应用程序，其中包括：

遵守容器中设置的内存限制

在容器中设置可用的CPU

在容器中设置CPU约束

Java 10的这个改进在Docker for Mac、Docker for Windows以及Docker Enterprise Edition等环境均有效。

容器的内存限制

在Java 9之前，JVM无法识别容器使用标志设置的内存限制和CPU限制。而在Java 10中，内存限制会自动被识别并强制执行。

Java将服务器类机定义为具有2个CPU和2GB内存，以及默认堆大小为物理内存的1/4。例如，Docker企业版安装设置为2GB内存和4个CPU的环境，我们可以比较在这个Docker容器上运行Java 8和Java 10的区别。

首先，对于Java 8：

docker container run -it -m512 --entrypoint bash openjdk:latest

$ docker-java-home/bin/java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep MaxHeapSize

uintx MaxHeapSize                              := 524288000                          {product}

openjdk version "1.8.0_162"

最大堆大小为512M或Docker EE安装设置的2GB的1/4，而不是容器上设置的512M限制。

相比之下，在Java 10上运行相同的命令表明，容器中设置的内存限制与预期的128M非常接近：

docker container run -it -m512M --entrypoint bash openjdk:10-jdk

$ docker-java-home/bin/java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep MaxHeapSize

size_t MaxHeapSize                              = 134217728                          {product} {ergonomic}

openjdk version "10" 2018-03-20

设置可用的CPU

默认情况下，每个容器对主机CPU周期的访问是无限的。可以设置各种约束来限制给定容器对主机CPU周期的访问。Java 10可以识别这些限制：

docker container run -it --cpus 2 openjdk:10-jdk

jshell> Runtime.getRuntime().availableProcessors()

$1 ==> 2

1

2

3

分配给Docker EE的所有CPU会获得相同比例的CPU周期。这个比例可以通过修改容器的CPU share权重来调整，而CPU share权重与其它所有运行在容器中的权重相关。此比例仅适用于正在运行的CPU密集型的进程。当某个容器中的任务空闲时，其他容器可以使用余下的CPU时间。实际的CPU时间的数量取决于系统上运行的容器的数量。这些可以在Java 10中设置：

docker container run -it --cpu-shares 2048 openjdk:10-jdk

jshell> Runtime.getRuntime().availableProcessors()

$1 ==> 2

1

2

3

cpuset约束设置了哪些CPU允许在Java 10中执行。

 docker run -it --cpuset-cpus="1,2,3" openjdk:10-jdk

jshell> Runtime.getRuntime().availableProcessors()

$1 ==> 3

1

2

3

分配内存和CPU

使用Java 10，可以使用容器设置来估算部署应用程序所需的内存和CPU的分配。我们假设已经确定了容器中运行的每个进程的内存堆和CPU需求，并设置了JAVA_OPTS配置。例如，如果有一个跨10个节点分布的应用程序，其中五个节点每个需要512Mb的内存和1024个CPU-shares，另外五个节点每个需要256Mb和512个CPU-shares。

请注意，1个CPU share比例由1024表示。

对于内存，应用程序至少需要分配5Gb。

512Mb × 5 = 2.56Gb

256Mb × 5 = 1.28Gb

该应用程序需要8个CPU才能高效运行。 

1024 x 5 = 5个CPU

512 x 5 = 3个CPU

最佳实践是建议分析应用程序以确定运行在JVM中的每个进程实际需要多少内存和分配多少CPU。但是，Java 10消除了这种猜测，可以通过调整容器大小以防止Java应用程序出现内存不足的错误以及分配足够的CPU来处理工作负载。

15.支持G1上的并行完全垃圾收集。

对于 G1 GC，相比于 JDK 8，升级到 JDK 11 即可免费享受到：并行的 Full GC，快速的 CardTable 扫描，自适应的堆占用比例调整（IHOP），在并发标记阶段的类型卸载等等。这些都是针对 G1 的不断增强，其中串行 Full GC 等甚至是曾经被广泛诟病的短板，你会发现 GC 配置和调优在 JDK11 中越来越方便。

16.JEP 331 : Low-Overhead Heap Profiling免费的低耗能飞行记录仪和堆分析仪。

通过JVMTI的SampledObjectAlloc回调提供了一个开销低的heap分析方式

提供一个低开销的, 为了排错java应用问题, 以及JVM问题的数据收集框架, 希望达到的目标如下 :

提供用于生产和消费数据作为事件的API

提供缓存机制和二进制数据格式

允许事件配置和事件过滤

提供OS,JVM和JDK库的事件

17.JEP 329 : 实现RFC7539中指定的ChaCha20和Poly1305两种加密算法, 代替RC4

实现 RFC 7539的ChaCha20 and ChaCha20-Poly1305加密算法

 

RFC7748定义的秘钥协商方案更高效, 更安全. JDK增加两个新的接口

XECPublicKey 和 XECPrivateKey

KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance(“XDH”);

NamedParameterSpec paramSpec = new NamedParameterSpec(“X25519”);

kpg.initialize(paramSpec);

KeyPair kp = kgp.generateKeyPair();

 

KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(“XDH”);

BigInteger u = new BigInteger(“xxx”);

XECPublicKeySpec pubSpec = new XECPublicKeySpec(paramSpec, u);

PublicKey pubKey = kf.generatePublic(pubSpec);

 

KeyAgreement ka = KeyAgreement.getInstance(“XDH”);

ka.init(kp.getPrivate());

ka.doPhase(pubKey, true);

byte[] secret = ka.generateSecret(); 

18.新的默认根权限证书集。

19.JEP 332最新的HTTPS安全协议TLS 1.3。

实现TLS协议1.3版本, TLS允许客户端和服务器端通过互联网以一种防止窃听, 篡改以及消息伪造的方式进行通信.

20.Java Flight Recorder

Flight Recorder源自飞机的黑盒子

Flight Recorder以前是商业版的特性，在java11当中开源出来，它可以导出事件到文件中，之后可以用Java Mission Control来分析。可以在应用启动时配置java -XX:StartFlightRecording，或者在应用启动之后，使用jcmd来录制，比如

$ jcmd <pid> JFR.start

$ jcmd <pid> JFR.dump filename=recording.jfr

$ jcmd <pid> JFR.stop 

是 Oracle 刚刚开源的强大特性。我们知道在生产系统进行不同角度的 Profiling，有各种工具、框架，但是能力范围、可靠性、开销等，大都差强人意，要么能力不全面，要么开销太大，甚至不可靠可能导致 Java 应用进程宕机。

而 JFR 是一套集成进入 JDK、JVM 内部的事件机制框架，通过良好架构和设计的框架，硬件层面的极致优化，生产环境的广泛验证，它可以做到极致的可靠和低开销。在 SPECjbb2015 等基准测试中，JFR 的性能开销最大不超过 1%，所以，工程师可以基本没有心理负担地在大规模分布式的生产系统使用，这意味着，我们既可以随时主动开启 JFR 进行特定诊断，也可以让系统长期运行 JFR，用以在复杂环境中进行“After-the-fact”分析。还需要苦恼重现随机问题吗？JFR 让问题简化了很多。

在保证低开销的基础上，JFR 提供的能力也令人眼前一亮，例如：我们无需 BCI 就可以进行 Object Allocation Profiling，终于不用担心 BTrace 之类把进程搞挂了。对锁竞争、阻塞、延迟，JVM GC、SafePoint 等领域，进行非常细粒度分析。甚至深入 JIT Compiler 内部，全面把握热点方法、内联、逆优化等等。JFR 提供了标准的 Java、C++ 等扩展 API，可以与各种层面的应用进行定制、集成，为复杂的企业应用栈或者复杂的分布式应用，提供 All-in-One 解决方案。而这一切都是内建在 JDK 和 JVM 内部的，并不需要额外的依赖，开箱即用。

一文读懂Java 11的ZGC为何如此高效

Java 11包含一个全新的垃圾收集器--ZGC，它由Oracle开发，承诺在数TB的堆上具有非常低的暂停时间。 在本文中，我们将介绍开发新GC的动机，技术概述以及由ZGC开启的一些可能性。

那么为什么需要新GC呢？毕竟Java 10已经有四种发布多年的垃圾收集器，并且几乎都是无限可调的。 换个角度看，G1是2006年时引入Hotspot VM的。当时最大的AWS实例有1 vCPU和1.7GB内存，而今天AWS很乐意租给你一个x1e.32xlarge实例，该类型实例有128个vCPU和3,904GB内存。 ZGC的设计目标是：支持TB级内存容量，暂停时间低（<10ms），对整个程序吞吐量的影响小于15%。 将来还可以扩展实现机制，以支持不少令人兴奋的功能，例如多层堆（即热对象置于DRAM和冷对象置于NVMe闪存），或压缩堆。

GC术语

为了理解ZGC如何匹配现有收集器，以及如何实现新GC，我们需要先了解一些术语。最基本的垃圾收集涉及识别不再使用的内存并使其可重用。现代收集器在几个阶段进行这一过程，对于这些阶段我们往往有如下描述：

• 并行- 在JVM运行时，同时存在应用程序线程和垃圾收集器线程。 并行阶段是由多个gc线程执行，即gc工作在它们之间分配。 不涉及GC线程是否需要暂停应用程序线程。
• 串行- 串行阶段仅在单个gc线程上执行。与之前一样，它也没有说明GC线程是否需要暂停应用程序线程。
• STW - STW阶段，应用程序线程被暂停，以便gc执行其工作。 当应用程序因为GC暂停时，这通常是由于Stop The World阶段。
• 并发 -如果一个阶段是并发的，那么GC线程可以和应用程序线程同时进行。 并发阶段很复杂，因为它们需要在阶段完成之前处理可能使工作无效（译者注：因为是并发进行的，GC线程在完成一阶段的同时，应用线程也在工作产生操作内存，所以需要额外处理）的应用程序线程。
• 增量 -如果一个阶段是增量的，那么它可以运行一段时间之后由于某些条件提前终止，例如需要执行更高优先级的gc阶段，同时仍然完成生产性工作。 增量阶段与需要完全完成的阶段形成鲜明对比。

权衡

值得指出的是，所有这些属性都需要权衡利弊。 例如，并行阶段将利用多个gc线程来执行工作，但这样做会导致线程协调的开销。 同样，并发阶段不会暂停应用程序线程，但可能涉及更多的开销和复杂性，才能同时处理使其工作无效的应用程序线程。

ZGC

现在我们了解了不同gc阶段的属性，让我们继续探讨ZGC的工作原理。 为了实现其目标，ZGC给Hotspot Garbage Collectors增加了两种新技术：着色指针和读屏障。

着色指针

着色指针是一种将信息存储在指针（或使用Java术语引用）中的技术。因为在64位平台上（ZGC仅支持64位平台），指针可以处理更多的内存，因此可以使用一些位来存储状态。 ZGC将限制最大支持4Tb堆（42-bits），那么会剩下22位可用，它目前使用了4位： finalizable， remap， mark0和mark1。 我们稍后解释它们的用途。

着色指针的一个问题是，当您需要取消着色时，它需要额外的工作（因为需要屏蔽信息位）。 像SPARC这样的平台有内置硬件支持指针屏蔽所以不是问题，而对于x86平台来说，ZGC团队使用了简洁的多重映射技巧。

多重映射

要了解多重映射的工作原理，我们需要简要解释虚拟内存和物理内存之间的区别。 物理内存是系统可用的实际内存，通常是安装的DRAM芯片的容量。 虚拟内存是抽象的，这意味着应用程序对（通常是隔离的）物理内存有自己的视图。 操作系统负责维护虚拟内存和物理内存范围之间的映射，它通过使用页表和处理器的内存管理单元（MMU）和转换查找缓冲器（TLB）来实现这一点，后者转换应用程序请求的地址。

多重映射涉及将不同范围的虚拟内存映射到同一物理内存。 由于设计中只有一个remap，mark0和mark1在任何时间点都可以为1，因此可以使用三个映射来完成此操作。 ZGC源代码中有一个很好的图表可以说明这一点。

读屏障

读屏障是每当应用程序线程从堆加载引用时运行的代码片段（即访问对象上的非原生字段non-primitive field）：

void printName( Person person ) {

String name = person.name; // 这里触发读屏障

// 因为需要从heap读取引用

//

System.out.println(name); // 这里没有直接触发读屏障

}

在上面的代码中，String name = person.name 访问了堆上的person引用，然后将引用加载到本地的name变量。此时触发读屏障。 Systemt.out那行不会直接触发读屏障，因为没有来自堆的引用加载（name是局部变量，因此没有从堆加载引用）。 但是System和out，或者println内部可能会触发其他读屏障。

这与其他GC使用的写屏障形成对比，例如G1。读屏障的工作是检查引用的状态，并在将引用（或者甚至是不同的引用）返回给应用程序之前执行一些工作。 在ZGC中，它通过测试加载的引用来执行此任务，以查看是否设置了某些位。 如果通过了测试，则不执行任何其他工作，如果失败，则在将引用返回给应用程序之前执行某些特定于阶段的任务。

标记

现在我们了解了这两种新技术是什么，让我们来看看ZG的GC循环。

GC循环的第一部分是标记。标记包括查找和标记运行中的应用程序可以访问的所有堆对象，换句话说，查找不是垃圾的对象。

ZGC的标记分为三个阶段。 第一阶段是STW，其中GC roots被标记为活对象。 GC roots类似于局部变量，通过它可以访问堆上其他对象。 如果一个对象不能通过遍历从roots开始的对象图来访问，那么应用程序也就无法访问它，则该对象被认为是垃圾。从roots访问的对象集合称为Live集。GC roots标记步骤非常短，因为roots的总数通常比较小。

该阶段完成后，应用程序恢复执行，ZGC开始下一阶段，该阶段同时遍历对象图并标记所有可访问的对象。 在此阶段期间，读屏障针使用掩码测试所有已加载的引用，该掩码确定它们是否已标记或尚未标记，如果尚未标记引用，则将其添加到队列以进行标记。

在遍历完成之后，有一个最终的，时间很短的的Stop The World阶段，这个阶段处理一些边缘情况（我们现在将它忽略），该阶段完成之后标记阶段就完成了。

重定位

GC循环的下一个主要部分是重定位。重定位涉及移动活动对象以释放部分堆内存。 为什么要移动对象而不是填补空隙？ 有些GC实际是这样做的，但是它导致了一个不幸的后果，即分配内存变得更加昂贵，因为当需要分配内存时，内存分配器需要找到可以放置对象的空闲空间。 相比之下，如果可以释放大块内存，那么分配内存就很简单，只需要将指针递增新对象所需的内存大小即可。

ZGC将堆分成许多页面，在此阶段开始时，它同时选择一组需要重定位活动对象的页面。选择重定位集后，会出现一个Stop The World暂停，其中ZGC重定位该集合中root对象，并将他们的引用映射到新位置。与之前的Stop The World步骤一样，此处涉及的暂停时间仅取决于root的数量以及重定位集的大小与对象的总活动集的比率，这通常相当小。所以不像很多收集器那样，暂停时间随堆增加而增加。

移动root后，下一阶段是并发重定位。 在此阶段，GC线程遍历重定位集并重新定位其包含的页中所有对象。 如果应用程序线程试图在GC重新定位对象之前加载它们，那么应用程序线程也可以重定位该对象，这可以通过读屏障（在从堆加载引用时触发）实现，如流程图如下所示：

这可确保应用程序看到的所有引用都已更新，并且应用程序不可能同时对重定位的对象进行操作。

GC线程最终将对重定位集中的所有对象重定位，然而可能仍有引用指向这些对象的旧位置。 GC可以遍历对象图并重新映射这些引用到新位置，但是这一步代价很高昂。 因此这一步与下一个标记阶段合并在一起。在下一个GC周期的标记阶段遍历对象对象图的时候，如果发现未重映射的引用，则将其重新映射，然后标记为活动状态。

概括

试图单独理解复杂垃圾收集器（如ZGC）的性能特征是很困难的，但从前面的部分可以清楚地看出，我们所碰到的几乎所有暂停都只依赖于GC roots集合大小，而不是实时堆大小。标记阶段中处理标记终止的最后一次暂停是唯一的例外，但是它是增量的，如果超过gc时间预算，那么GC将恢复到并发标记，直到再次尝试。

性能

那ZGC到底表现如何？

Stefan Karlsson和Per Liden在今年早些时候的Jfokus演讲中给出了一些数字。 ZGC的SPECjbb 2015吞吐量与Parallel GC（优化吞吐量）大致相当，但平均暂停时间为1ms，最长为4ms。 与之相比G1和Parallel有很多次超过200ms的GC停顿。

然而，垃圾收集器是复杂的软件，从基准测试结果可能无法推测出真实世界的性能。我们期待自己测试ZGC，以了解它的性能如何因工作负载而异。

未来的可能性

着色指针和读屏障提供了一些有趣的可能。

多层堆和压缩

随着闪存和非易失性存储器变得越来越普遍，一种可能是JVM中允许多层堆，可以让很少使用的对象存储在较慢的存储层上。

该功能可以通过扩展指针元数据来实现，指针可以实现计数器位并使用该信息来决定是否需要移动对象到较慢的存储上。如果将来需要访问，则读屏障可以从存储中检索到对象。

或者对象可以以压缩形式保存在内存中，而不是将对象重定位到较慢的存储层。当请求时，可以通过读屏障将其解压并重新分配。

ZGC的状态

在撰写本文时，ZGC仍然是实验性的。

您可以使用Java 11 Early Access版本（ http://jdk.java.net/11/ ）进行测试，但值得指出的是，可能需要一段时间才能解决新版本中的所有问题。对于垃圾收集器来说，从G1发布到最终支持之间超过三年。

概要

随着拥有数百GB到数TB RAM的服务器变得越来越普及，Java有效使用该规模堆的能力变得越来越重要。

ZGC是个令人兴奋的新垃圾收集器，旨在为大堆提供非常低的暂停时间。 它通过使用着色指针和读屏障来实现这一点，这些是Hotspot新近开发的GC技术，并为未来增加了很多可能性。 ZGC在Java 11中作为实验性的功能提供，现在可以使用Early Access 版本试用。