Java 8 习惯用语(8):Java 知道您的类型
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 number
的 int
参数,使用PrintStream
的 println
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。IntStream
的 forEach
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)
比(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,您将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 registration
和name
。类似地,我们没有使用 p
或 o
,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 comparing
是 Comparator<T>
上的一个静态方法,所以编译器目前没有关于 T
或 U
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>
由 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 ObjectSample.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。
原作者:Venkat Subramaniam
原文链接:Java 8 习惯用语
原出处: IBM Developer