Java8 新语法习惯 (类型推断)

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。

概览

Java8 是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来应对未来的 Java 版本，在以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。大多数时候编译器能够完全推断出类型。在无法推断出来的时候，就会报错。了解 lambda 表达式的推断工作原理，至少要查看一个无法推断类型的示例。

显示类型和冗余

假设我们询问一个人叫什么名字，它会回答：“我叫xxx”。这样的例子在生活中经常会发生，但是简单地说 “xxx” 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。

我们在代码中也经常会遇到这类多余的事情。Java 开发人员可以使用 forEach 迭代输出某个范围内的每个值的双倍。看下面的例子：

public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        IntStream.rangeClosed(1, 5)
          .forEach((int number) -> System.out.println(number * 2));
    }

测试结果：

2
4
6
8
10

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。

java8 中的类型推断

当您在某个数字范围内提取一个值时，编译器知道该值的类型为 int。不需要在代码中显示的声明。

在 Java8 中我们可以丢弃 lambda 表达式中的类型：

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的对象和变量的类型。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 Haskel 等。

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。如果省略了该类型，编译器会推断出预期的类型。

无论您是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：

编译器直接就会报错。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。不能对 int 变量执行这个操作。

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，更简单。

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。

看下面这个示例：

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());

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。

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，但这种技术并不适合与所有的场所。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 编译器来获取何时出现这种情况。

我们首先看一个编译器成功的例子，然后看一个测试失败的例子。

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：

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();
}

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();
}

由于直接说明了 Car 类型，编译器对此非常满意。

总结

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。

感谢 Venkat Subramaniam 博士