提到模式匹配（Pattern Matching），Java 開發(fā)人員可能會比較陌生。實際上，其他編程語言的開發(fā)人員早就已經(jīng)使用過模式匹配了。JVM 上的編程語言 Scala 的模式匹配功能就很強大。

什么是模式匹配？

為了更好地解釋模式匹配，我們從一個簡單的例子開始。我們希望創(chuàng)建一個方法，可以把任何對象轉(zhuǎn)換成 String 格式。這就需要根據(jù)對象的類型來進行不同的格式化操作。我們可以很容易就寫出下面這樣的代碼。這段代碼的核心是使用 instanceof 操作符來檢查輸入對象的類型，再根據(jù)對象類型進行格式化操作。

public class ObjectFormatter {public String format(Object input) {if (input == null) {return “”;} else if (input instanceof Number) {return NumberFormat.getNumberInstance().format(input);} else if (input instanceof LocalDateTime) {return ((LocalDateTime) input).format(DateTimeFormatter.ISO_DATE_TIME);} else {return input.toString();}}}

上述對 instanceof 操作符的使用就是模式匹配的一種簡單形式。

一個模式由匹配 predicate 和模式變量的集合組成。

• 匹配 predicate 判斷一個模式是否可以匹配目標對象。
• 如果模式匹配的話，模式變量的集合用來從目標對象中提取值。

在 instanceof 操作符的例子中，匹配 predicate 的作用是檢查目標對象的類型，而模式變量的集合中只有一個變量，就是目標對象自身。這種類型的模式，被稱為類型模式（type pattern）。除了類型模式之外，計劃中的模式還包括記錄類型模式和數(shù)組模式。

模式匹配是一個涵蓋范圍非常大的功能。根據(jù)現(xiàn)在 Java 的發(fā)布周期，模式匹配的內(nèi)容會在不同的 Java 版本中逐漸添加進來。具體的發(fā)布周期可以參考下面的表格。這個表格的右側(cè)三列表示的是不同的與模式匹配相關的功能，每一行表示這些功能在對應 Java 版本中的可用狀態(tài)。

以 Java 17 為例，可以使用 instance 模式的正式功能，以及 switch 模式匹配的預覽功能。

Java 18 和 Java 19 中可用的模式匹配功能也列在了表格中，作為參考。

instanceof 模式匹配

Java 中的 instanceof 操作符用來檢查對象的類型。下面的代碼給出了通常使用 instanceof 操作符的代碼范式。在 if 語句中使用 instanceof 來進行檢查，如果檢查通過，則使用強制類型轉(zhuǎn)換，把輸入對象 obj 轉(zhuǎn)換成 String 類型的 s，最后再使用變量 s。

if (obj instanceof String) {String s = (String) obj;}

從上述代碼中可以看到，對 instanceof 操作符的使用范式是非常繁瑣的，其中需要檢查的目標類型 String 就出現(xiàn)了三次。在使用了 instanceof 模式匹配之后，代碼可以簡化很多。在下面的代碼中， String s 表示類型模式，其中 String 是需要匹配的類型，s 是匹配成功之后用來捕獲目標對象的變量。該變量 s 可以直接在 if 語句塊中使用。

if (obj instanceof String s) {System.out.println(s.toUpperCase());}

模式變量使用的是流作用域（flow scoping）。一個模式變量能夠出現(xiàn)在作用域中，當且僅當編譯器可以推斷出模式匹配必定成功，并且該變量被賦予了一個值時。在上面的例子中，if 語句塊的代碼只有在模式匹配成功了之后才會執(zhí)行，變量 s 此時必定被賦予了值 obj，因此編譯器可以確定 s 必定在 if 語句塊的作用域中。

關于流作用域，其實不用了解太多。如果使用錯誤，編譯器會提示你的。

下面的代碼給出了 instanceof 模式匹配的代碼示例。第一個 if 匹配 String 類型的同時，加上了對字符串長度的檢查；第二個 if 匹配剩下的 String 類型的對象。在第一個 if 的條件中，obj instanceof String s 和 s.length() > 10 的順序不能反過來。這里利用了 && 的短路（short-circuit）特性，當?shù)谝粋€ instanceof 模式匹配成功之后，才會執(zhí)行后面的判斷，這個時候 s 必然是一個 String 對象，可以安全地使用 length 方法；如果第一個 instanceof 模式不匹配，后面的判斷不會被執(zhí)行，因此也不會出現(xiàn)錯誤。

public class StringMatch {public void test(Object obj) {if (obj instanceof String s && s.length() > 10) {System.out.println(“長字符串 -> ” + s);} else if (obj instanceof String s) {System.out.println(“短字符串 -> ” + s);} else {System.out.println(“其他”);}}}

在 switch 語句和表達式中使用模式匹配

在 Java 17 中，switch 語句和表達式的 case 子句中可以使用模式匹配。該功能在 Java 17 中是預覽功能，因此需要通過命令行參數(shù) –enable-preview 來啟用。switch 在很多時候可以替代嵌套的 if/else。

下面的代碼使用 switch 語句加上模式匹配改寫了上面的使用嵌套 if/else 的代碼示例。使用 switch 比 if/else 更加簡潔。這里的 switch 用的是箭頭格式。

public class StringMatch {public void test(Object obj) {switch (obj) {case String s && s.length() > 10 -> System.out.println(“長字符串 -> ” + s);case String s -> System.out.println(“短字符串 -> ” + s);default -> System.out.println(“其他”);}}}

我們可以用 switch 語句改寫文章開頭提到的對象格式化的方法，如下面的代碼所示。使用 switch 語句加上模式匹配的代碼更加簡潔易懂。

public class ObjectFormatter {public String format(Object input) {return switch (input) {case null -> “”;case Number n -> NumberFormat.getNumberInstance().format(n);case LocalDateTime t -> t.format(DateTimeFormatter.ISO_DATE_TIME);default -> input.toString();};}}