新 JEP 将简化 Java 类型变异

  • Abraham Marín Pérez
  • 刘嘉洋

2017 年 2 月 6 日

话题:Java语言 & 开发

新的 JEP Candidate旨在简化处理 Java 中复杂的类型变异的概念。这个新的 JEP Candidate 可能会在 Java 10 中推出,提供了在定义的泛型类型中指定目标对象默认变异的方法,而不是在泛型类型实例化时通过通配符指定。这个新方案并不会代替通配符,而是减少对通配符的需求。

类型变异这个概念对于很多开发人员来说仍然比较模糊,在 Java 中通过不太普及的通配符来解决这个问题并没有很大帮助。因此,为了帮助我们的读者能够理解这款 JEP 的潜在影响力,在本文中我们将首先解释什么是类型变异,目前 Java 中是怎么解决它的,之后将介绍这个新方案能实现什么。

变异、协变和逆变

以下的代码属于传统的在线购物应用程序:

public class Product {
/* ... */
}

public class FrozenProduct extends Product {
    /* ... */
}

如果有个方法 scan(Product product),我们调用它传递 FrozenProduct 对象,调用工作没有问题,这是众所周知的多态性的一般规则。但是当参数中包含泛型时,就不能使用相同的逻辑,以下的代码将无法编译:

private void addAllProducts(List<Product> products) {
/* Check product stock */
shoppingCart.addAll(products);
}

private void freezerSection() {
    List<FrozenProduct> frozenProducts = /* select frozen products */;
    addAllProducts(frozenProducts); // ERROR: List<Product> expected
                                    //        List<FrozenProduct> found
}

当在 Java 中使用泛型时,并没有关于目标类型和其子类型或超类型之间兼容性的假设。换句话说,当使用泛型时,我们默认目标类型是不变的,它只接受明确的类型。

然而,在上面的例子中,我们可以看到 addAllProducts 方法可以处理 List of Product 或是其子类型。当泛型参数可以接受其目标类型或是它的任何子类型,我们就说这个类型是协变的,在 Java 中可以用 extends 表示:

private void addAllProducts(List<? extends Product> products) {
/* Check product stock */
shoppingCart.addAll(products);
}

private void freezerSection() {
    List<FrozenProduct> frozenProducts =  /* select frozen products */;
    addAllProducts(frozenProducts); // works with no problem
}

在这些例子中,接受的目标类型的变异是子类型。在一些其他例子中,目标类型的变异不是子类型,而是超类型。考虑以下的情况:

private boolean askQuestion(Predicate<String> p) {
return p.test("hello");
}

private void applyPredicate() {
    Predicate<Object> evenLength = o -> o.toString().length() % 2 == 0;
    askQuestion(evenLength); // ERROR: Predicate<String> expected
                             //        Predicate<Object> found
}

在这种情况下,我们可以看到使用 string “hello”到 lambda o -> o.toString().length() % 2 == 0 中不会发生问题,然而,编译器不允许我们这么做。askQuestion 可以处理 Predicate of String 或其任意超类型:我们就说这种情况下的目标类型是逆变的,在 Java 中可以用 super 表示:

private boolean askQuestion(Predicate<? super String> p) {
return p.test("hello");
}

private void applyPredicate() {
    Predicate<Object> evenLength = o -> o.toString().length() % 2 == 0;
    askQuestion(evenLength); // works with no problem
}

通配符是创建类型变异的一种非常灵活的方法,因为它允许你在不同地方对同种类型定义不同的变异。比如说,在上面的例子里我们定义 addAllProducts 是协变的参数,但在其他地方根据我们的需求,可以定义它为逆变或是不变的。然而缺点是必须在每个地方根据需要明确指定变异,这样会造成很多的冗余和混乱。所以新的方案应运而生。

在声明时指定默认变异

通配符的最主要的问题是它们比开发人员通常需要的还要灵活。在Predicate<String>的例子中,我们理论上可以创建一个方法Predicate<? extends String>,然而,可以用到的用例有限(可能根本没有)。在大量情况下,只有一个类型变异有意义,为了反映出这一点,JEP 300提供了在声明泛型类型时指定默认变异的方法,而不是在实例化时指定默认变异。比如说,用了这种方案,可以使用逆变的关键字Predicate<contravariant T>来重写接口Predicate<T>,这就代表着任何时候开发人员写Predicate<String>都会被隐含地理解为Predicate<? super String>

这个新功能的语法尚未决定,但是已经有了一些备选项:使用新的显式关键字,如Function<contravariant T, covariant R>,或遵循其他语言的先例,如 Scala 中的符号(Function<-T, +R>),或是 C# 中的较短关键字(Function<in T, out R>)。在解决语法问题之前,还需要解决一些重要的技术问题,即默认变异和通配符之间的交互,默认变异对现有代码产生的影响,以及变异类型兼容性检查的实际机制。

最后值得提出的一点是,JEP 300 仅会处理新的默认变异,但不会修改 Java 库中可用的任何类和接口。如果之后 JEP 300 再发展可能会考虑处理这种情况,但也只是在其他版本的 JEP 中执行。

查看英文原文New JEP Would Simplify Java Type Variance

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