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Java 8 习惯用语,第 8 部分

Java 知道您的类型

学习如何在 lambda 表达式中使用类型推断,掌握改进参数命名的技巧

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此内容是该系列 8 部分中的第 # 部分: Java 8 习惯用语,第 8 部分

敬请期待该系列的后续内容。

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Java™8 是第一个支持类型推断的 Java 版本,而且它仅对 lambda 表达式支持此功能。在 lambda 表达式中使用类型推断具有强大的作用,它将帮助您做好准备以应对未来的 Java 版本,在今后的版本中还会将类型推断用于变量等更多可能。这里的诀窍在于恰当地命名参数,相信 Java 编译器会推断出剩余的信息。

大多数时候,编译器完全能够推断类型。在它无法推断出来的时候,就会报错。

了解 lambda 表达式中的类型推断的工作原理,至少查看一个无法推断类型的示例。即使如此,也有解决办法。

显式类型和冗余

假设您询问某个人“您叫什么名字?”,他会回答“我名叫约翰”。这种情况经常发生,但简单地说“约翰”会更高效。您需要的只是一个名称,所以该句子的剩余部分都是多余的。

不幸的是,我们总是在代码中做这类多余的事情。Java 开发人员可以使用 forEach 迭代并输出某个范围内的每个值的双倍值,如下所示:

IntStream.rangeClosed(1, 5)
  .forEach((int number) -> System.out.println(number * 2));

rangeClosed 方法生成一个从 1 到 5 的 int 值流。lambda 表达式的唯一职责就是接收一个名为 numberint 参数,使用 PrintStreamprintln 方法输出该值的双倍值。从语法上讲,该 lambda 表达式没有错,但类型细节有些冗余。

Java 8 中的类型推断

当您从某个数字范围中提取一个值时,编译器知道该值的类型为 int。不需要在代码中显式声明该值,尽管这是目前为止的约定。

在 Java 8 中,我们可以丢弃 lambda 表达式中的类型,如下所示:

IntStream.rangeClosed(1, 5)
  .forEach((number) -> System.out.println(number * 2));

由于 Java 是静态类型语言,它需要在编译时知道所有对象和变量的类型。在 lambda 表达式的参数列表中省略类型并不会让 Java 更接近动态类型语言。但是,添加适当的类型推断功能会让 Java 更接近其他静态类型语言,比如 Scala 或 Haskell。

信任编译器

如果您在 lambda 表达式的一个参数中省略类型,Java 需要通过上下文细节来推断该类型。

返回到上一个示例,当我们在 IntStream 上调用 forEach 时,编译器会查找该方法来确定它采用的参数。IntStreamforEach 方法期望使用函数接口 IntConsumer,该接口的抽象方法 accept 采用了一个 int 类型的参数并返回 void

如果在参数列表中指定了该类型,编译器将会确认该类型符合预期。

如果省略该类型,编译器会推断出预期的类型 —在本例中为 int

无论是您提供类型还是编译器推断出该类型,Java 都会在编译时知道 lambda 表达式参数的类型。要测试这种情况,可以在 lambda 表达式中引入一个错误,同时省略参数的类型:

IntStream.rangeClosed(1, 5)
  .forEach((number) -> System.out.println(number.length() * 2));

编译此代码时,Java 编译器会返回以下错误:

Sample.java:7: error: int cannot be dereferenced
      .forEach((number) -> System.out.println(number.length() * 2));
                                                    ^
1 error

编译器知道名为 number 的参数的类型。它报错是因为它无法使用点运算符解除对某个 int 类型的变量的引用。可以对对象执行此操作,但不能对 int 变量这么做。

类型推断的好处

在 lambda 表达式中省略类型有两个主要好处:

  • 键入的内容更少。无需输入类型信息,因为编译器自己能轻松确定该类型。
  • 代码杂质更少 —(number)(int number) 简单得多。

此外,一般来讲,如果我们仅有一个参数,省略类型意味着也可以省略 (),如下所示:

IntStream.rangeClosed(1, 5)
  .forEach(number -> System.out.println(number * 2));

请注意,您需要为采用多个参数的 lambda 表达式添加括号。

类型推断和可读性

lambda 表达式中的类型推断违背了 Java 中的常规做法,在常规做法中,会指定每个变量和参数的类型。尽管一些开发人员辩称 Java 指定类型的约定让代码变得更可读、更容易理解,但我认为这种偏好反映出一种习惯而不是必要性。

以一个包含一系列转换的函数管道为例:

List<String> result = 
  cars.stream()
    .map((Car c) -> c.getRegistration())
    .map((String s) -> DMVRecords.getOwner(s))
    .map((Person o) -> o.getName())
    .map((String s) -> s.toUpperCase())
    .collect(toList());

在这里,我们首先提供了一组 Car 实例和相关的注册信息。我们获取每辆车的车主和车主姓名,并将该姓名转换为大写。最后,将结果放入一个列表中。

这段代码中的每个 lambda 表达式都为其参数指定了一个类型,但我们为参数使用了单字母变量名。这在 Java 中很常见。但这种做法不合适,因为它丢弃了特定于域的上下文。

我们可以做得比这更好。让我们看看使用更强大的参数名重写代码后发生的情况:

List<String> result = 
  cars.stream()
    .map((Car car) -> car.getRegistration())
    .map((String registration) -> DMVRecords.getOwner(registration))
    .map((Person owner) -> owner.getName())
    .map((String name) -> name.toUpperCase())
    .collect(toList());

这些参数名包含了特定于域的信息。我们没有使用 s 来表示 String,而是指定了特定于域的细节,比如 registrationname。类似地,我们没有使用 po,而是使用 owner 表明 Person 不只是一个人,还是这辆车的车主。

这个示例中的每个 lambda 表达式都比它所取代的表达式更好。在读取 lambda 表达式(例如 (Person owner) -> owner.getName())时,我们知道我们获得了车主的姓名,而不只是随便某个人的姓名。

命名参数

Scala 和 TypeScript 等一些语言更加重视参数名而不是类型。在 Scala 中,我们在定义类型之前定义参数,例如通过编写:

def getOwner(registration: String)

而不是:

def getOwner(String registration)

类型和参数名都很有用,但在 Scala 中,参数名更重要一些。我们用 Java 编写 lambda 表达式时,也可以考虑这一想法。请注意我们在 Java 中的车辆注册示例中丢弃类型细节和括号时发生的情况:

List<String> result = 
  cars.stream()
    .map(car -> car.getRegistration())
    .map(registration -> DMVRecords.getOwner(registration))
    .map(owner -> owner.getName())
    .map(name -> name.toUpperCase())
    .collect(toList());

因为我们添加了描述性的参数名,所以我们没有丢失太多上下文,而且显式类型(现在是冗余内容)已悄然消失。结果是我们获得了更干净、更朴实的代码。

类型推断的局限性

尽管使用类型推断可以提高效率和可读性,但这种技术并不适用于所有场合。在某些情况下,完全无法使用类型推断。幸运的是,您可以依靠 Java 编译器来获知何时出现这种情况。

我们首先看一个测试编译器并获得成功的示例,然后看一个测试失败的示例。最重要的是,在两种情况下,都能够相信编译器会按期望方式工作。

扩展类型推断

在我们的第一个示例中,假设我们想创建一个 Comparator 来比较 Car 实例。我们首先需要一个 Car 类:

class Car {
  public String getRegistration() { return null; }
}

接下来,我们将创建一个 Comparator,以便基于 Car 实例的注册信息对它们进行比较:

public static Comparator<Car> createComparator() {
  return comparing((Car car) -> car.getRegistration());
}

用作 comparing 方法的参数的 lambda 表达式在其参数列表中包含了类型信息。我们知道 Java 编译器非常擅长类型推断,那么让我们看看在省略参数类型的情况下会发生什么,如下所示:

public static Comparator<Car> createComparator() {
  return comparing(car -> car.getRegistration());
}

comparing 方法采用了 1 个参数。它期望使用 Function<? super T, ? extends U> 并返回 Comparator<T>。因为 comparingComparator<T> 上的一个静态方法,所以编译器目前没有关于 TU 可能是什么的线索。

为了解决此问题,编译器稍微扩展了推断范围,将范围扩大到传递给 comparing 方法的参数之外。它观察我们是如何处理调用 comparing 的结果的。根据此信息,编译器确定我们仅返回该结果。接下来,它看到由 comparing 返回的 Comparator<T> 又作为 Comparator<Car>createComparator 返回 。

注意了!编译器现在已明白我们的意图:它推断应该将 T 绑定到 Car。根据此信息,它知道 lambda 表达式中的 car 参数的类型应该为 Car

在这个例子中,编译器必须执行一些额外的工作来推断类型,但它成功了。接下来,让我们看看在提高挑战难度,让编译器达到其能力极限时,会发生什么。

推断的局限性

首先,我们在前一个 comparing 调用后面添加了一个新调用。在本例中,我们还为 lambda 表达式的参数重新引入显式类型:

public static Comparator<Car> createComparator() {
  return comparing((Car car) -> car.getRegistration()).reversed();
}

借助显式类型,此代码没有编译问题,但现在让我们丢弃类型信息,看看会发生什么:

public static Comparator<Car> createComparator() {
  return comparing(car -> car.getRegistration()).reversed();
}

如您下面所见,进展并不顺利。Java 编译器抛出了错误:

Sample.java:21: error: cannot find symbol
    return comparing(car -> car.getRegistration()).reversed();
                               ^
  symbol:   method getRegistration()
  location: variable car of type Object
Sample.java:21: error: incompatible types: Comparator<Object> cannot be converted to Comparator<Car>
    return comparing(car -> car.getRegistration()).reversed();
                                                           ^
2 errors

像上一个场景一样,在包含 .reversed() 之前,编译器会询问我们将如何处理调用 comparing(car -> car.getRegistration()) 的结果。在上一个示例中,我们以 Comparable<Car> 形式返回结果,所以编译器能推断出 T 的类型为 Car

但在修改过后的版本中,我们将传递 comparable 的结果作为调用 reversed() 的目标。comparable 返回 Comparable<T>reversed() 没有展示任何有关 T 的可能含义的额外信息。根据此信息,编译器推断 T 的类型肯定是 Object。遗憾的是,此信息对于该代码而言并不足够,因为 Object 缺少我们在 lambda 表达式中调用的 getRegistration() 方法。

类型推断在这一刻失败了。在这种情况下,编译器实际上需要一些信息。类型推断会分析参数、返回元素或赋值元素来确定类型,但在上下文提供的细节不足时,编译器就会达到其能力极限。

能否采用方法引用作为补救措施?

在我们放弃这种特殊情况之前,让我们尝试另一种方法:不使用 lambda 表达式,而是尝试使用方法引用:

public static Comparator<Car> createComparator() {
  return comparing(Car::getRegistration).reversed();
}

编译器对此解决方案非常满意。它在方法引用中使用 Car:: 来推断类型。

结束语

Java 8 为 lambda 表达式的参数引入了有限的类型推断能力,在未来的 Java 版本中,会将类型推断扩展到局部变量。现在应该学会省略类型细节并信任编译器,这有助于您轻松步入未来的 Java 环境。

依靠类型推断和适当命名的参数,编写简明、更富于表达且更少杂质的代码。只要您相信编译器能自行推断出类型,就可以使用类型推断。仅在您确定编译器确实需要您的帮助的情况下提供类型细节。


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