Java修炼终极指南:53. 引入instanceof的类型模式匹配

你能说出以下经典代码片段的缺点吗（这是一个用于在USB设备上保存不同种类工件的简单代码）？

public static String save(Object o) throws IOException {
  if (o instanceof File) {
    File file = (File) o;
    return "Saving a file of size: "
      + String.format("%,d bytes", file.length());
  }               
       
  if (o instanceof Path) {
    Path path = (Path) o;
    return "Saving a file of size: "
      + String.format("%,d bytes", Files.size(path));
  }
       
  if (o instanceof String) {
    String str = (String) o;
    return "Saving a string of size: "
      + String.format("%,d bytes", str.length());
  }
  return "I cannot save the given object";
}

你说得对……类型检查和强制类型转换写起来和读起来都很繁琐。此外，这些检查-转换序列容易出错（很容易更改检查的类型或转换的类型，却忘记更改另一个对象的类型）。基本上，在每个条件语句中，我们执行以下三个步骤：

首先，我们进行类型检查，（例如，o instanceof File）

其次，我们通过强制类型转换进行类型转换（例如，(File) o）

第三，我们进行变量赋值，（例如，File file =）

但是，从JDK 16（JEP 394）开始，我们可以使用instanceof的类型模式匹配在一个表达式中执行前面的三个步骤。类型模式是Java支持的第一类模式。让我们看看通过类型模式重写之前的代码：

public static String save(Object o) throws IOException {
  if (o instanceof File file) {
    return "Saving a file of size: "
      + String.format("%,d bytes", file.length());
  }
       
  if (o instanceof String str) {
    return "Saving a string of size: "
      + String.format("%,d bytes", str.length());
  }
     
  if (o instanceof Path path) {
    return "Saving a file of size: "
      + String.format("%,d bytes", Files.size(path));
  }
  return "I cannot save the given object";
}

在每个if-then语句中，我们有一个测试/谓词来确定Object o的类型，将Object o强制转换为File、Path或String，以及一个解构阶段，用于从Object o中提取长度或大小。代码片段（o instanceof File file）不仅仅是一些语法糖。它不仅仅是一种方便的捷径，用于减少旧式代码的条件状态提取的仪式感。这是类型模式在起作用！实际上，我们将变量o与File file匹配。更准确地说，我们将o的类型与File类型匹配。我们有o作为目标操作数（谓词的参数），instanceof File是谓词，变量file是模式或绑定变量，它只在instanceof File返回true时自动创建。此外，instanceof File file是类型模式，或者简称，File file是模式本身。下图说明了这个声明：

图2.32 - instanceof的类型模式匹配

在instanceof的类型模式中，不需要执行显式的空检查（就像在简单的instanceof中一样），并且不允许向上转型。以下两个示例在JDK 16+中会生成编译错误，但在JDK 14/15中不会：

if ("foo" instanceof String str) {}
if ("foo" instanceof CharSequence sequence) {}

编译错误指出表达式类型不能是模式类型的子类型（向上转型是允许的）。然而，在简单的instanceof中，这在所有JDK中都是有效的：

if ("foo" instanceof String) {}
if ("foo" instanceof CharSequence) {}

接下来，让我们谈谈绑定变量的作用域。