追随 Kotlin/Scala，看 Java 12-15 的现代语言特性
本文链接：https://hltj.me/java/2020/06/14/java-12-15-lang-features.html 。
Java 14 发布已经过去了三个月，Java 15 目前也已经到了“Rampdown Phase One ”阶段，其新特性均已敲定。 由于 12-15 都是短期版本，无需考虑也不应该将其用于生产环境。但可以提前了解新特性，以免在下一个 LTS（Java17）正式发布时毫无心理准备。 Java 12-15 引入了一系列改进，本文只讨论语言层面的新特性，它们看起来似曾相识——没错，这些特性让人感觉 Java 在沿 Kotlin/Scala 走过的路线前行。
虽然不能说 Java 就是借鉴的它们（毕竟这些特性既非它们独有也非它们首创），但可以说是 Java 官方对 Kotlin/Scala 这些特性的充分肯定。而这些新特性也让 Java 向现代语言的方向又迈进了一些，我们逐个来看。
switch 表达式
相当于只支持值匹配的 Kotlin when 表达式/Scala match 表达式。
我们看一个不严谨的示例：判断一个非空对象对应哪种 JSON 类型，使用传统的 switch 语句实现如下：
switch (obj.getClass().getSimpleName()) {
case "Integer":
case "Long":
case "Float":
case "Double":
System.out.println("number");
break;
case "List":
case "Set":
System.out.println("array");
break;
case "String":
System.out.println("string");
break;
case "Boolean":
System.out.println("boolean");
break;
case "Map":
System.out.println("object");
break;
default:
System.out.println("object/unknown");
}
而使用 switch 表达式可以简化为：
switch (obj.getClass().getSimpleName()) {
case "Integer", "Long", "Float", "Double" -> System.out.println("number");
case "List", "Set" -> System.out.println("array");
case "String" -> System.out.println("string");
case "Boolean" -> System.out.println("boolean");
case "Map" -> System.out.println("object");
default -> System.out.println("object/unknown");
}
是不是简洁了很多？当然如果只能这样用，那还称不上 switch 表达式，既然是表达式那么一定可以有一个返回值。
我们可以利用 switch 表达式的返回值来进一步重构上述代码：
String jsonType = switch (obj.getClass().getSimpleName()) {
case "Integer", "Long", "Float", "Double" -> "number";
case "List", "Set" -> "array";
case "String" -> "string";
case "Boolean" -> "boolean";
case "Map" -> "object";
default -> "object/unknown";
};
System.out.println(jsonType);
switch 表达式中箭头的右侧不仅可以是常规表达式，还可以是一个代码块，在块中通过 yield 来指定返回值。
例如在上述 default 分支打一条错误信息，可以这样改：
String javaType = obj.getClass().getSimpleName();
String jsonType = switch (javaType) {
case "Integer", "Long", "Float", "Double" -> "number";
case "List", "Set" -> "array";
case "String" -> "string";
case "Boolean" -> "boolean";
case "Map" -> "object";
default -> {
System.err.println("unknown type: " + javaType);
yield "object";
}
};
是不是有点类似 Kotlin 的 when 与 Scala 的 match 了？非常像，只是目前只支持简单的值匹配，还不支持 Kotlin when 的 is/in 以及 Scala match 的模式匹配。
当然如果综合 Java 12-15 引入的所有语言特性来看，不难预见 switch 表达式未来会支持模式匹配的。
switch 表达式的优点不仅是简洁且具有返回值，还避免了传统 switch 语句的一些坑（如忘记写 break 语句，再如各 case/default 子句共享同一个局部作用域）。
因此，在 Java 14 及以上版本中，应该尽量采用新语法、避免使用传统的 switch 语句。IDEA 甚至会对传统 switch 语句标记警告，并且提供了自动将传统语法重构为新语法的 quick fix 功能。
文本块
Java 的文本块（多行字符串）语法与 Kotlin 原始字符串/Scala 多行字符串类似，都是采用三重双引号括起，不过具体语法、语义不尽相同。
Java 文本块起始的三重双引号后只能跟空白符和换行，因此不能像 Kotlin/Scala 那样写 """hello"""，而必须这样写：
"""
hello"""
Java 会自动去掉第一个换行以及每行末尾的空白，因此上述字符串等同于 "hello"，但是结尾处三重引号前的换行并不会去掉，例如：
// 等同于 "hello"
var s1 = """
hello""";
// 等同于 "hello"
var s2 = """
hello """;
// 等同于 "hello\n"
var s3 = """
hello
""";
文本块中的少于连续三个的双引号都无需转义，这也是文本块的用途之一，例如：
System.out.println("""
This is a string literal in Java: "Hello".""");
这段代码会输出 This is a string literal in Java: "Hello".。
编译过程中会自动去掉缩进用的空白符，如果存在多行，会以前导空白最少的一行作为基准。
文本块的另一个用途是便于书写预排版的文本，例如 ASCII Art 或者竖排文字：
String ci = "┆蝶┆觀┆月┆池┆遊┆ ┆獨┆錢┆古┆來┆端┆\n" +
"┆自┆音┆老┆畔┆人┆ ┆賞┆江┆塔┆客┆陽┆\n" +
"┆舞┆堂┆祠┆問┆醉┆ ┆亦┆西┆聽┆尚┆至┆\n" +
"┆翩┆外┆前┆奇┆ ┆ ┆悠┆子┆濤┆流┆ ┆\n" +
"┆躚┆雨┆人┆緣┆ ┆ ┆然┆匯┆於┆連┆ ┆\n" +
"┆ ┆連┆絡┆ ┆ ┆ ┆ ┆吳┆越┆ ┆ ┆\n" +
"┆ ┆綿┆繹┆ ┆ ┆ ┆ ┆山┆地┆ ┆ ┆\n";
这段竖排文本是我几年前写的《雙調憶江南·庚寅年端午遊杭州》，可以看到自动格式化后第一行没有与后续几行对齐，虽然还有变通办法，但是这本身就已经比较复杂了。 而如果采用文本块就会简单很多：
String ci = """
┆蝶┆觀┆月┆池┆遊┆ ┆獨┆錢┆古┆來┆端┆
┆自┆音┆老┆畔┆人┆ ┆賞┆江┆塔┆客┆陽┆
┆舞┆堂┆祠┆問┆醉┆ ┆亦┆西┆聽┆尚┆至┆
┆翩┆外┆前┆奇┆ ┆ ┆悠┆子┆濤┆流┆ ┆
┆躚┆雨┆人┆緣┆ ┆ ┆然┆匯┆於┆連┆ ┆
┆ ┆連┆絡┆ ┆ ┆ ┆ ┆吳┆越┆ ┆ ┆
┆ ┆綿┆繹┆ ┆ ┆ ┆ ┆山┆地┆ ┆ ┆
""";
而既有双引号又有预排版的多行文本就更适合使用文本块了，例如 XML 、JSON 或其他配置/代码文本的字面值：
var languages = "[\n" +
" {\n" +
" \"name\": \"kotlin\",\n" +
" \"type\": \"static\"\n" +
" },\n" +
" {\n" +
" \"name\": \"julia\",\n" +
" \"type\": \"dynamic\"\n" +
" }\n" +
"]";
上述 JSON 字面值看起来很凌乱，而用文本块就会清晰很多：
var languages = """
[
{
"name": "kotlin",
"type": "static"
},
{
"name": "julia",
"type": "dynamic"
}
]""";
instanceof 模式匹配
Java 14 预览、Java 15 二次预览，预计 Java 16 正式。
类似于 Kotlin 的智能转换，但语法不同，在 Scala 中没有直接对应。
传统的 instanceof 判断成功之后仍然需要强制转换才能按相应类型使用，例如：
if (obj instanceof String) {
System.out.println(((String) obj).length());
}
而使用模式匹配之后，可以在判断成功时绑定为一个对应类型的变量，之后直接使用该变量即可：
if (obj instanceof String s) {
System.out.println(s.length());
}
需要注意的是，只有成功匹配的分支才能绑定该变量：
if (obj instanceof String s) {
System.out.println(s.length());
} else {
// 错误：此处 s 不可用
// System.out.println(s.length());
}
instanceof 模式匹配不仅能用于 if 语句中，还可以用于 while 语句、三目运算符以及 &&、|| 等能使用布尔逻辑的地方，例如：
int i = obj instanceof String s ? s.length() : -1;
var isEmptyString = obj instanceof String s && s.isEmpty();
var isNotEmptyString = !(obj instanceof String s) || !s.isEmpty();
目前 Java 中只引入了这一种非常简单的模式匹配形式，未来应该会引入更多模式匹配语法。
记录类型
Java 14 预览、Java 15 二次预览，预计 Java 16 正式。
记录类型（record）类似于 Kotlin 的数据类（data class）与 Scala 的样例类（case class），只是更加严格。
在没有记录类型之前，创建一个具有各字段对应 getter、为所有字段初始化的构造函数、基于所有字段的 equals()/hashCode()/toString() 的简单类却需要写一大堆代码，其中大部分都是样板代码。
例如：
class Font {
private final String name;
private final int size;
public Font(String name, int size) {
this.name = name;
this.size = size;
}
public String name() {
return name;
}
public int size() {
return size;
}
public boolean equals(Object o) {
if (!(o instanceof Font other)) return false;
return other.name.equals(name) && other.size == size;
}
public int hashCode() {
return Objects.hash(name, size);
}
public String toString() {
return String.format("Font[name=%s, size=%d]", name, size);
}
}
上述代码中，除了类名、字段类型与字段名之外，其他的全部都是样板代码。而使用记录只需非常简单的一行代码即可：
record Font(String name, int size) { }
跟一般类相比，记录有以下限制：
- 总是隐式继承自
java.lang.Record而无法显式继承任何任何类 - 记录隐含了 final 并且不能声明为抽象
- 不能显式声明字段，也不能定义初始化块
- 隐式声明的所有字段均为 final
- 如果显式声明任何会隐式生成的成员，其类型必须严格匹配
- 不能声明 native method（通常译为“本地方法”，按说应该叫“原生方法”）
除了这些限制之外，它与普通类一致：
- 用
new实例化 - 可以在顶层声明，也可以在类内部、局部作用域中声明
- 可以声明静态方法与实例方法
- 可以声明静态字段与静态初始化块
- 可以实现接口
- 可以有其内部类型
- 可以标注注解
记录类型还可以与接下来提到的密封类/密封接口很好协作，另外记录还适用于未来版本的模式匹配。
密封类与密封接口
Java 15 预览，预计 Java 16 二次预览、Java 17 正式。
Java 15 引入的密封类（sealed class）类似于 Kotlin/Scala 的密封类、密封接口类似于 Scala 的密封特质（sealed trait）。 不妨将二者统称为密封类型，与普通类/接口不同的是，密封类型限定了哪些类/接口作为其直接子类型。例如：
sealed interface JvmLanguage
permits DynamicTypedJvmLanguage, StaticTypedJvmLanguage {}
sealed interface StaticTypedJvmLanguage extends JvmLanguage {}
sealed class DynamicTypedJvmLanguage implements JvmLanguage
permits Clojure, JvmScriptLanguage {}
final class Java implements StaticTypedJvmLanguage {}
final class Scala implements StaticTypedJvmLanguage {}
final class Kotlin implements StaticTypedJvmLanguage {}
final class Clojure extends DynamicTypedJvmLanguage {}
non-sealed abstract class JvmScriptLanguage extends DynamicTypedJvmLanguage {}
class Groovy extends JvmScriptLanguage {}
在密封类型的声明中可以通过 permits 显式声明其直接子类型列表，也可以省略——编译器会根据当前文件中的直接子类型的声明推断出来。
一个密封类型的直接子类型必须标注 sealed、non-sealed、final 三者之一。
密封类型与记录是相互独立的功能，但是二者能够很好协作，例如：
sealed interface Json {}
record NullVal() implements Json {}
record BooleanVal(boolean val) implements Json {}
record NumberVal(double val) implements Json {}
record StringVal(String val) implements Json {}
record ArrayVal(Object...vals) implements Json {}
record ObjectVal(Map<String, Object> kvs) implements Json {}
此外，还可以用记录与密封类型来实现代数数据类型（ADT）：记录为积类型、密封类型为和类型。 与记录类似，密封类型也将适用于未来版本的模式匹配。
小结
Java 12-15 引入了 switch 表达式、文本块、instanceof 模式匹配、记录、密封类型这几个语言新特性，这些特性在 Kotlin/Scala 中基本上都有对应，如同 Java 在追随 Kotlin/Scala 的步伐。
另外，不知大家有没有注意到这一点：除了文本块外，其他几个特性都直接或间接指向了同一个关键词——模式匹配。 这些特性除了自身价值之外，也都在为未来版本的模式匹配做铺垫。因此不妨做个大胆预测：在未来的几个版本中，Java 会引入更完善的模式匹配机制。
些许遗憾
Java 12-15 中引入语言层面的新特性并不很多，很多令人期待新特性都没有包含在内。 当然语言需要渐进式演化，这也是情理之中的事。唯有两点我觉得有些遗憾：
空安全
安全表达可选值是现代语言的一个特征，隔壁 C# 8 引入空安全的经验告诉我们： 即便语言当初做了错误的设计，倘若迷途知返，仍然能够回到正轨。 Java会不会也有这么一天？也许会，不过 Java 12-15 显然没有，在接下来的几个版本中这么做可能性也很渺茫，也许还会在“迷途”中继续前行很久。
当然关于空安全这块也不是什么长进都没有，Java 14 就有一处：JEP 358: Helpful NullPointerExceptions 改善了 NullPointerException 所携带的信息，以便定位是哪个变量出现空值导致的。
协程
协程即将成为现代工业级语言的标配，不仅 Python、JavaScript、Rust 等语言纷纷引入了协程支持（async-await 尤为便利），就连隔壁 C++ 也都已将协程纳入了今年的新标准（C++ 20）中。
再对比灵活、强大的 Kotlin 协程在异步程序设计中所带来的便利，还在坚守 Java 的开发者对协程的期待就不难理解了。
遗憾的是，Project Loom 未能合入 Java 15，那么按照其他特性的演进周期来看，在下一个 LTS（即 Java 17）发布时就算包含进来也不会是稳定特性。
当然，目前 JVM 平台的 5 门主流工业级语言（Java、Kotlin、Scala、Groovy、Clojure）中，只有 Kotlin 具备上述两个特性，欢迎来 Kotlin 中文站学习。
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