Das Dokument behandelt die Neuerungen in Java 17, einschließlich der lokalen Variablen Typinferenz, verbesserter Switch-Anweisungen, Textblöcke sowie der Einführung von algebraischen Datentypen und Pattern Matching. Es erläutert die Funktionen von versiegelten Klassen und Records, die die Vererbungshierarchie steuern und die Implementierung von Datenobjekten vereinfachen. Zudem wird die Vector API zur Durchführung von Vektoroperationen und deren Anwendung in verschiedenen Bereichen wie numerische Berechnungen und maschinelles Lernen vorgestellt.

1. Was geht mit Java 17?
Jens Seekamp
GEDOPLAN GmbH, Expertenkreis Java, 20.01.2022

2. Local-Variable Type Inference
Variablendefinition auch ohne Typzuordnung möglich
2
var a = new ArrayList<String>();
Typ-Herleitung automatisch durch Compiler
weniger Schreibaufwand
bessere Lesbarkeit
nur für lokale Variablen
nur bei Wertzuweisng
weniger Polymorphie (vgl. List<String> = ...)

3. switch ohne Fallstricke
kein Stress mehr mit "fall through" und break
3
var mwstKennzeichen = "reduziert";
var nettoBetrag = 35.00;
var bruttoBetrag = 0.00;
switch (mwstKennzeichen) {
case "voll" -> bruttoBetrag = nettoBetrag * 1.19;
case "reduziert" -> bruttoBetrag = nettoBetrag * 1.07;
case "ohne" -> bruttoBetrag = nettoBetrag;
default ->
System.out.println("unbekanntes Mehrwertsteuer-Kennzeichen");
};

4. Switch Expressions
switch als Ausdruck, der einen Wert liefert
4
var code = 0;
String orderState = switch (code) {
case 0, 1 -> "booked";
case 2 -> "confirmed";
case 3 -> { String result = "canceled";
if (...) { result = "another state" }
yield result;
}
default: yield "undefined";
};

5. Text Blocks
mehrzeilige Textkonstanten als Textblöcke
Hurra, jetzt ist JDBC endlich gut - oder nur "schön"?
5
String sql = """
SELECT ID, FORENAME, SURNAME FROM PERSON
WHERE COUNTRY = 'D'
ORDER BY SURNAME, FORENAME
""";

6. Text Blocks
nützlich im Test-Umfeld für Testdaten
6
String person = """
{
id: 4711,
forename: "Maxime",
surname: "Musterfrau",
birthday: "1963-10-17",
country: "D"
}
""";

7. Algebraische Datentypen und Pattern Matching
7
Records
Sealed Classes
instanceof
switch
Enumeration
Array

8. Was sind algebraische Datentypen?
8
algebraische
Struktur
(ℝ, +,×)
(𝒯,⊕,⊗)
y = 2 × x 3,25
+
Double
Integer
Produkttyp ⊗
Summentyp ⊕
String

9. Produkttyp und Summentyp - formal
9
Produkttyp P bildet kartesisches Produkt
von Datentypen T1,...,Tn
P = T1  ...  Tn
S = T1  ...  Tn
Summentyp S bildet disjunkte Vereingung
von Datentypen T1,...,Tn
fange ich in Java doch nix mit an
funktionale Programmiersprachen z. B. Haskell

10. Produkttypen - Beispiele
10
vgl. java.time.LocalDate und java.time.Month
Datum:
Date = Integer  Month  Integer
vgl. java.awt.Point
Koordinatenpunkt:
Point = Double  Double
vgl. java.util.List<E>
Liste von ganzen Zahlen:
List<Integer> = Integer  ...  Integer
homogen

11. Summentypen - Beispiele
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geometrische Figur:
Shape = Circle  Rectangle  Polygon mit
Circle = Point  Double
Rectangle = Point  Point
Polygon = Point  ...  Point
Aufzählungstypen sind Spezialfälle:
java.time.DayOfWeek = MONDAY  ...  SUNDAY
java.lang.Boolean = TRUE  FALSE
Rekursiver Summentyp z. B.
BinaryTree

12. Summen- und Produkttypen in Java
Summentypen werden in Java als versiegelte (sealed) Typen
dargestellt
Produkttypen werden in Java als Records dargestellt
Fachliches Beispiel
Domäne "Online-Shop"
Teilschritt "Bezahlen der Bestellung"
Modellierung verschiedener Zahlungsarten
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13. Verarbeiten der Zahlung für eine Bestellung
13

14. Kategorisierung der möglichen Zahlungsarten
14

15. Versiegelte Typen
Ziel ist Steuerung der Vererbungs-Hierarchie
allgemeine Nutzbarkeit
eingeschränkte Ableitbarkeit
Schlüsselwörter
sealed  versiegelter Typ
permits  Liste der zulässigen Untertypen
non-sealed  nicht-versiegelter Typ
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16. Versiegeln einer Schnittstelle
Schnittstelle OrderPayment soll nur 3 modellierte Unterklassen
haben können
16
public sealed interface OrderPayment
permits FirstDeliverThenPay,
FirstPayThenDeliver,
CreditCard { ...

17. mögliche Zahlungsarten
Verfeinerung der Zahlungskategorie
FirstDeliverThenPay in 2 Unterarten
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final non-sealed
sealed

18. Versiegeln einer Klasse
versiegelte Oberklasse
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zulässige Unterklassen
public final class PurchaseOnInvoice
extends FirstDeliverThenPay { ...
public non-sealed class PaymentUponCollection
extends FirstDeliverThenPay { ...
public abstract sealed class FirstDeliverThenPay
implements OrderPayment
permits PurchaseOnInvoice,
PaymentUponCollection { ...

19. mögliche Zahlungsarten
Verfeinerung der Zahlungskategorie FirstPayThenDeliver
19
sealed
final final final

20. Bewertung versiegelter Typen
genauere Modellierung der Domäne
Abstraktion nach wie vor möglich
weniger defensive Programmierung möglich
nicht zulässige neue Unterklassen liefern einen Compiler-
Fehler
nicht mehr so flexible Vererbung möglich
20

21. Records
Record ist Klasse mit folgenden Eigenschaften
(implizit) finale Klasse
Instanzen sind unveränderbar (immutable)
21
public record Person(String forename, String surname) {}
Records verfügen (implizit) über
parametrisierten Konstruktor
Accessor-Methoden für lesenden Zugriff auf die Attribute
Person person = new Person("Silke", "Musterfrau");
String forename = person.forename();

22. Einbetten von Bankdaten in Zahlungsarten
einige Zahlungsarten benötigen Daten einer Bankverbindung
22
Record für Daten der Bankverbindung

23. Verfeinerung der Zahlungsart "Kreditkarte"
Produkttyp kann als Variante in Summentyp verwendet werden
23
sealed
final

24. Records mit variabler Komponenten-Anzahl
letzter Komponenten-Typ kann T... sein
24
record NamedTuple(String name, Double... values) { }
new NamedTuple("Vektor_1", 0.5);
new NamedTuple("Vektor_2", 1.5, 4.234, 8.63);

25. Bewertung Records
einfache Implementierung von Daten-Objekten
kein Boiler-Plate-Code
unveränderbare Objekte (vgl. DDD Value Object)
neue Art von Klassen (vgl. zukünftige Entwicklung "primitive
objects")
25

26. Pattern Matching (Mustervergleich)
Pattern Matching ist ein symbolverarbeitendes
Verfahren, welches anhand eines vorgegebenen
Musters Teile einer diskreten Struktur identifiziert
dabei beschreibt ein Suchmuster mittels Meta-
Symbolen eine Menge von diskreten Teilstrukturen
26
kenn' ich von Java nicht

27. Pattern Matching zur Datenverarbeitung - Beispiel
Textersetzung in Zeichenketten
diskrete Struktur (java.lang.String)
Otto Mustermann
Suchmuster als regulärer Ausdruck (Pattern)
t{2}
musterbasierte Transformation (Textersetzung)
replaceAll("t{2}", "nn")
 Onno Mustermann
27

28. Pattern Matching zur Definition von Funktionen -
Beispiel
Fibonacci-Folge
mathematische Definition als Fallunterscheidung
Programm-Code in Haskell mit Pattern Matching
28
fib :: (Integral n) => n -> n
fib 0 = 0
fib 1 = 1
fib n = fib(n-1) + fib(n-2)
Java
42

29. Systematik des Pattern Matching
Pattern Matching für algebraische Datentypen
für Summentyp
Type Pattern
für instanceof
für switch
Enum (spezieller Summentyp)
für switch
für Produkttyp
Record Pattern
Array Pattern (homogener Produkttyp)
29

30. Type Pattern für instanceof
ermöglicht Wegfall von Type Castings
30
FirstDeliverThenPay payment = ...;
if (payment instanceof PurchaseOnInvoice poi) {
return poi.fooOnInvoice();
}
else if (payment instanceof PaymentUponCollection puc) {
return puc.fooOnCollect();
}
else {
throw new RuntimeException("unknown type of OrderPayment");
}

31. Type Pattern mit Guarded Pattern
boolesche Bedingung zur weiteren Einschränkung
31
public boolean isNullOrEmpty(Object object) {
return object == null
|| object instanceof String s && s.isBlank()
|| object instanceof Collection c && c.isEmpty();
}

32. Type Pattern für switch
default-Zweig noch erforderlich
32
public boolean isNullOrEmpty(Object object) {
return switch(object) {
case null -> true;
case String s && s.isBlank() -> true;
case Collection c && c.isEmpty() -> true;
default -> false;
};
}

33. Type Pattern für switch
kein default-Zweig notwendig bei versiegelten Typen
Compiler prüft Vollständigkeit
33
FirstDeliverThenPay payment = ...;
switch (payment) {
case PurchaseOnInvoice poi -> poi.fooOnInvoice();
case PaymentUponCollection puc -> puc.fooOnCollect();
}

34. Record Pattern
Record Pattern dient zur Dekonstruktion von Record-Objekten
34
if (object instanceof Person(String f, String s)) {
String name = f + " " + s;
...
Java
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35. Array Pattern
Array Pattern dient zur Dekonstruktion von Array-Objekten
35
if (object instanceof String[] {var name1, var name2, ...}) {
System.out.println(name1 + name2);
...
Java
18

36. Bewertung Pattern Matching
einfachere Implementierung von Objekt-Dekonstruktion
mehr deklarativer Programmier-Stil
Compiler-Unterstützung bei fehlenden / neuen Alternativen
Vermeidung NPE
Pattern können kombiniert / geschachtelt werden
neuer "Happen" für Java als (auch) funktionale
Programmiersprache
36

37. Vector API
API zur Abbildung
Vektor-Berechnungen im Java-Programm
Vektor-Instruktionen im Befehlssatz des Prozessors
37
23 43 2 4562 -45 0 67 -321
8 lanes scalar (int)
Vector<Integer>  IntVector

38. Skalare Instruktion vs. Vektor-Instruktion
Multiplikation von ganzen Zahlen mit 3
Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/SIMD
38

39. Single Instruction Single Data (SISD)
8 Additionen von jeweils 2 Zahlen  8 Instruktions-Zyklen
39
23 43 2 4562 -45 0 67 -321
1 2 3 4 4 3 2 1
24 45 5 4566 -41 3 69 -320
+
=
+ + + + + + +
= = = = = = =

40. Single Instruction Multiple Data (SIMD)
Vektor-Operation parallel "lanewise"  1 Instruktions-Zyklus
analog: Reduktion als eine Vektor-Operation parallel "cross-lane"
40
23 43 2 4562 -45 0 67 -321
1 2 3 4 4 3 2 1
24 45 5 4566 -41 3 69 -320
+
=

41. Vector API - wozu?
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Angewandte Mathematik (Numerik, Finanzwesen, ...)
Verarbeitung von Bild-, Ton- und Videodaten
Kryptographie
Machine Learning
interne JDK-Optimierung
Incubato
r

42. Vielen Dank!
Schulungen zum Thema: www.gedoplan-it-training.de
Projekt-Beratung und -Unterstützung: www.gedoplan-it-
consulting.de
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