Java 21 LTS: Complete Guide to New Features and Performance Improvements

Java 21 marca outro milestone significativo como a mais recente versão Long Term Support (LTS), trazendo recursos revolucionários que vão remodelar como escrevemos código Java.

Por Que Java 21 Importa

Como uma release LTS, Java 21 será suportado por anos, tornando-se a base perfeita para aplicações enterprise. A combinação de melhorias de performance, produtividade do desenvolvedor e novos recursos fazem desta uma das releases mais impactantes do Java na história recente.

Virtual Threads: Revolucionando Concorrência

Virtual threads são talvez o recurso mais transformador do Java 21. Elas permitem que aplicações manipulem milhões de tarefas concorrentes com overhead mínimo.

Limitações do Threading Tradicional

// Abordagem tradicional - limitada por threads do SO
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(100);

for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    executor.submit(() -> {
        // Esta abordagem é limitada pelo tamanho do thread pool
        performIOOperation();
    });
}

Solução com Virtual Threads

// Virtual threads - manipula milhões de tarefas concorrentes
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
        executor.submit(() -> {
            // Cada tarefa recebe sua própria virtual thread
            performIOOperation();
        });
    }
} // Auto-close executor

Impacto Real de Performance

Em benchmarks, aplicações usando virtual threads mostram:

• Melhoria de 10-100x no tratamento de requisições concorrentes
• Uso reduzido de memória comparado a thread pools tradicionais
• Melhor utilização de recursos para operações bound de I/O

Melhorias no Pattern Matching

Java 21 expande significativamente as capacidades de pattern matching, tornando o código mais legível e menos propenso a erros.

Switch Expressions com Patterns

public String processShape(Object shape) {
    return switch (shape) {
        case Circle(var radius) -> 
            "Circle with radius " + radius;
        case Rectangle(var width, var height) -> 
            "Rectangle " + width + "x" + height;
        case Square(var side) -> 
            "Square with side " + side;
        case null -> 
            "No shape provided";
        default -> 
            "Unknown shape: " + shape.getClass().getSimpleName();
    };
}

Record Patterns

Record patterns permitem desestruturação de instâncias de record diretamente no pattern matching:

public record Point(int x, int y) {}
public record Line(Point start, Point end) {}

public double calculateLength(Line line) {
    return switch (line) {
        case Line(Point(var x1, var y1), Point(var x2, var y2)) -> 
            Math.sqrt(Math.pow(x2 - x1, 2) + Math.pow(y2 - y1, 2));
    };
}

String Templates (Preview)

String templates fornecem uma maneira mais segura e legível de compor strings:

// Concatenação tradicional de strings
String message = "Hello " + name + ", you have " + count + " messages";

// String templates (preview)
String message = STR."Hello \{name}, you have \{count} messages";

// Com expressões
String formatted = STR."Total: \{price * quantity} (tax: \{price * quantity * 0.1})";

Sequenced Collections

Novas interfaces de collection fornecem acesso consistente aos primeiros e últimos elementos:

// Interface SequencedList
List<String> list = new ArrayList<>();
list.addFirst("first");
list.addLast("last");
String first = list.getFirst();
String last = list.getLast();

// Interface SequencedSet
LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
set.addFirst("alpha");
set.addLast("omega");

// Interface SequencedMap
LinkedHashMap<String, Integer> map = new LinkedHashMap<>();
map.putFirst("start", 1);
map.putLast("end", 100);

Melhorias de Performance

Generational ZGC

Java 21 introduz Generational ZGC, combinando os benefícios da coleta de lixo geracional com as características de baixa latência do ZGC.

# Habilitar Generational ZGC
java -XX:+UseZGC -XX:+UseGenerationalZGC MyApplication

Benefícios incluem:

• Taxas de alocação menores através de melhor manipulação de young generation
• Overhead de GC reduzido para padrões típicos de aplicação
• Características de baixa latência mantidas do ZGC

Vector API Improvements

Operações vetoriais aprimoradas para melhor performance em tarefas computacionais:

// Vector API para operações SIMD
var species = FloatVector.SPECIES_256;
var a = FloatVector.fromArray(species, arrayA, 0);
var b = FloatVector.fromArray(species, arrayB, 0);
var result = a.mul(b).add(c);
result.intoArray(resultArray, 0);

Key Bindings e Structured Concurrency

Scoped Values

Uma alternativa melhor ao ThreadLocal para compartilhar dados através de boundaries de thread:

public class UserContext {
    private static final ScopedValue<User> CURRENT_USER = ScopedValue.newInstance();
    
    public static void runWithUser(User user, Runnable task) {
        ScopedValue.where(CURRENT_USER, user).run(task);
    }
    
    public static User getCurrentUser() {
        return CURRENT_USER.get();
    }
}

Structured Concurrency

Melhor gerenciamento de operações concorrentes:

try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {
    Future<String> user = scope.fork(() -> fetchUser(userId));
    Future<List<Order>> orders = scope.fork(() -> fetchOrders(userId));
    
    scope.join();           // Aguardar todas as tarefas
    scope.throwIfFailed();  // Propagar falhas
    
    return new UserProfile(user.resultNow(), orders.resultNow());
}

Considerações de Migração

Compatibilidade

Java 21 mantém forte compatibilidade retroativa, mas considere:

• Remoções de API obsoletas: Algumas APIs antigas foram removidas
• Deprecação do security manager: Planeje abordagens de segurança alternativas
• Sistema de módulos: Certifique-se que seus módulos estão configurados corretamente

Testes de Performance

Ao migrar para Java 21:

// Benchmark virtual threads vs threads tradicionais
@Benchmark
public void traditionalThreads() {
    try (var executor = Executors.newFixedThreadPool(100)) {
        // Benchmark de thread pool tradicional
    }
}

@Benchmark
public void virtualThreads() {
    try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
        // Benchmark de virtual threads
    }
}

Melhores Práticas para Java 21

Uso de Virtual Threads

// Bom: Use virtual threads para tarefas I/O-bound
public CompletableFuture<String> fetchDataAsync(String url) {
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // Operação I/O - perfeito para virtual threads
        return httpClient.get(url);
    }, Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor());
}

// Evite: Tarefas CPU-intensive com virtual threads
// Use thread pools tradicionais para trabalho CPU-bound

Melhores Práticas de Pattern Matching

// Bom: Pattern matching exaustivo
public int processValue(Object value) {
    return switch (value) {
        case Integer i -> i * 2;
        case String s -> s.length();
        case null -> 0;
        default -> throw new IllegalArgumentException("Unsupported type");
    };
}

Aplicações no Mundo Real

Aplicações Web

@RestController
public class UserController {
    
    @GetMapping("/users/{id}")
    public CompletableFuture<User> getUser(@PathVariable String id) {
        // Virtual threads manipulam requisições concorrentes eficientemente
        return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return userService.findById(id);
        }, virtualThreadExecutor);
    }
}

Processamento de Dados

public class DataProcessor {
    
    public void processLargeDataset(List<DataItem> items) {
        try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {
            var futures = items.stream()
                .map(item -> scope.fork(() -> processItem(item)))
                .toList();
            
            scope.join();
            scope.throwIfFailed();
            
            // Todos os itens processados com sucesso
        }
    }
}

Benchmarks de Performance

Early adopters relatam melhorias significativas:

• Aplicações Web: Aumento de 2-5x no tratamento de usuários concorrentes
• Microservices: Redução de 30-50% no uso de memória
• Processamento de dados: Melhoria de 20-40% no throughput
• Tempo de inicialização: 10-20% mais rápido no startup

Olhando para o Futuro

Os recursos do Java 21 estabelecem a base para desenvolvimentos futuros:

• Project Loom: Virtual threads são apenas o começo
• Project Panama: Melhor interop nativo chegando
• Project Valhalla: Value types no horizonte
• Pattern matching: Evolução e expansão contínuas

Conclusão

Java 21 LTS representa um momento crucial na evolução do Java. A introdução de virtual threads sozinha já vale a atualização, mas combinada com pattern matching aprimorado, performance melhorada e melhor experiência do desenvolvedor, Java 21 estabelece um novo padrão para o que o desenvolvimento Java moderno deve ser.

Para aplicações enterprise, o status LTS fornece a estabilidade necessária para projetos de longo prazo, enquanto as melhorias de performance e novos recursos garantem que suas aplicações permaneçam competitivas e mantíveis.

A migração para Java 21 não é apenas uma atualização—é um investimento no futuro das suas aplicações Java. Comece a planejar sua migração hoje para aproveitar essas melhorias revolucionárias.

Pronto para atualizar? Comece com serviços não-críticos, meça as melhorias de performance, e gradualmente distribua por todo seu portfólio de aplicações. Java 21 não é apenas o presente do desenvolvimento Java—é a fundação para a próxima década de inovação.