Java高级特性深度解析：模块化、新语法与性能监控

一、Java模块化系统（Java 9+）

1.1 模块化基础概念

Java模块化系统（JPMS）是Java 9引入的重要特性，它从根本上改变了Java代码的组织和封装方式。模块化解决了传统的JAR地狱问题，提供了更强的封装性和更清晰的依赖管理。

核心概念：

模块声明文件 module-info.java
模块路径（module path）与类路径（class path）分离
显式导出（exports）和依赖（requires）声明

// 示例模块声明
module com.example.myapp {
    requires java.base;       // 隐式依赖
    requires java.sql;        // 显式依赖
    requires transitive com.example.utils; // 传递依赖
    
    exports com.example.myapp.api;
    exports com.example.myapp.internal to com.example.tests;
}

1.2 模块化实践建议

迁移策略：
- 从无模块开始，逐步添加module-info.java
- 使用自动模块（Automatic Modules）过渡
- 最终目标是完全模块化应用
常见问题解决：

工具支持：
- jdeps：分析依赖关系
- jlink：创建自定义运行时镜像
- jmod：处理JMOD格式模块

二、现代Java语法特性

2.1 Record类（Java 14+）

Record类是简化数据载体的新特性，自动生成equals()、hashCode()和toString()等方法。

public record Person(String name, int age) {
    // 编译器自动生成：
    // 1. 私有final字段
    // 2. 全参数构造器
    // 3. 访问器方法
    // 4. equals/hashCode/toString
}

// 使用示例
Person p = new Person("Alice", 30);
System.out.println(p.name()); // 访问器方法

最佳实践：

适合纯数据传输对象（DTO）
不可变设计，线程安全
可添加静态方法和紧凑构造器

2.2 密封类（Java 17+）

密封类限制哪些类可以继承它，提供了更严格的继承控制。

public sealed class Shape 
    permits Circle, Rectangle, Triangle {
    // 基类定义
}

public final class Circle extends Shape {
    private final double radius;
    // 实现细节
}

public non-sealed class Rectangle extends Shape {
    // 允许进一步扩展
}

设计优势：

增强领域模型完整性
配合模式匹配实现完备性检查
替代枚举的扩展需求场景

2.3 模式匹配（Java 16+）

模式匹配简化了对象检查和类型转换的代码。

// instanceof模式匹配
if (obj instanceof String s) {
    System.out.println(s.length());
}

// switch模式匹配
return switch (shape) {
    case Circle c -> Math.PI * c.radius() * c.radius();
    case Rectangle r -> r.width() * r.height();
    default -> throw new IllegalArgumentException();
};

性能提示：

编译器会优化模式匹配为高效字节码
比传统instanceof+cast性能更好
支持null检查，避免NPE

三、Java性能监控工具

3.1 JConsole深度使用

JConsole是JDK自带的JMX监控工具，基本用法：

启动应用时添加JMX参数：

-Dcom.sun.management.jmxremote
-Dcom.sun.management.jmxremote.port=9010
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false

关键监控指标：
- 堆内存使用情况
- 线程状态和数量
- GC活动频率和耗时
- 类加载统计

3.2 VisualVM高级功能

VisualVM提供更强大的分析能力：

采样分析器：
- CPU性能分析
- 内存分配跟踪
插件扩展：
- Visual GC插件
- MBeans浏览器
- 线程转储分析

实践技巧：
- 生产环境使用远程连接
- 配合JDK工具(jstack, jmap)使用
- 保存快照进行对比分析

四、Java安全编程实践

4.1 加密基础

Java密码体系架构(JCA)提供标准加密支持：

// AES加密示例
KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
keyGen.init(256); // 密钥长度
SecretKey secretKey = keyGen.generateKey();

Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
byte[] encrypted = cipher.doFinal(plaintext.getBytes());

安全建议：

使用强算法（AES-256，RSA-2048）
避免ECB模式，优先选择GCM
密钥管理使用KeyStore

4.2 数字签名实现

数字签名确保数据完整性和来源认证：

// 签名生成
PrivateKey privateKey = ... // 从KeyStore获取
Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
signature.initSign(privateKey);
signature.update(data);
byte[] digitalSignature = signature.sign();

// 签名验证
PublicKey publicKey = ... // 获取公钥
signature.initVerify(publicKey);
signature.update(data);
boolean isValid = signature.verify(digitalSignature);