Java需要显式类型参数的时候是什么时候？

Question

给定：

import com.google.common.collect.ImmutableMap;
import java.util.function.Function;
import java.util.stream.Collector;
import java.util.stream.Stream;

public class Testcase
{
    public static <T, K, V> MapCollectorBuilder<T, K, V>
        toImmutableMap(Function<? super T, ? extends K> keyMapper,
            Function<? super T, ? extends V> valueMapper)
    {
        return null;
    }

    public static final class MapCollectorBuilder<T, K, V>
    {
        public Collector<T, ?, ImmutableMap<K, V>> build()
        {
            return null;
        }
    }

    public static <T, K, V> Collector<T, ?, ImmutableMap<K, V>> toImmutableMap2(
        Function<? super T, ? extends K> keyMapper,
        Function<? super T, ? extends V> valueMapper)
    {
        return null;
    }

    public void main(String[] args)
    {
        Function<String, String> keyMapper = i -> i;
        Function<String, Integer> valueMapper = Integer::valueOf;

        ImmutableMap<String, Integer> map1 = Stream.of("1", "2", "3")
            .collect(Testcase.toImmutableMap(keyMapper, valueMapper).build());

        ImmutableMap<String, Integer> map2 = Stream.of("1", "2", "3")
            .collect(Testcase.toImmutableMap(i -> i, Integer::valueOf).build());

        ImmutableMap<String, Integer> map3 = Stream.of("1", "2", "3")
            .collect(Testcase.toImmutableMap2(i -> i, Integer::valueOf));
    }
}

map1和map3相关的语句编译正常，但是map2会出现以下错误：

Testcase.java:[41,57] incompatible types: cannot infer type-variable(s) T,K,V
    (argument mismatch; invalid method reference
      no suitable method found for valueOf(java.lang.Object)
          method java.lang.Integer.valueOf(java.lang.String) is not applicable
            (argument mismatch; java.lang.Object cannot be converted to java.lang.String)
          method java.lang.Integer.valueOf(int) is not applicable
            (argument mismatch; java.lang.Object cannot be converted to int))

通过提供显式的类型参数<String，String，Integer>可以解决编译器错误。

1. Java 8什么时候需要显式类型参数？也就是说，是否有已知的模式会破坏类型推断？
2. 可以更改toImmutableMap()和MapCollectorBuilder以避免显式类型参数，而不失去使用构建器配置Collector的功能吗？

更新:

3. 为什么涉及map3的语句有效？它与涉及map2的语句有何不同？

- Gili

Answer 1

简单回答你的问题“是否有已知的打破类型推断的模式”：当然有，而且整个Java编程语言的行为都有一个巨大的规范。

但是关于类型推断和方法调用类型的章节非常详尽和难以理解。这最好通过以下事实来说明：在出现意外行为的情况下，通常会发生关于规范中预期行为的大量讨论。

但是对于程序员来说，有一些可以解释和记住的要点。

有两种方式可以推断类型参数，一种是通过传递给方法的参数或组成表达式的部分，另一种是通过表达式的目标类型推断，即调用参数的预期类型、被赋值的变量或返回语句中的方法的返回类型。

目标类型可以通过类似于嵌套方法调用的方式进行传播，例如：

TargetType x=foo(bar(/*target type can be used*/));

或者在条件语句中，例如：

TargetType x=condition? foo(/*target type can be used*/): foo(/*target type can be used*/);

但是，在链式调用的情况下不适用，例如：

TargetType x=foo(/*target type can NOT be used*/).foo();

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现在看看你的例子：

ImmutableMap<String, Integer> map1 = Stream.of("1", "2", "3").collect( expression );

在这里，Stream.of(…)和.collect(…)是被链接起来的，因此目标类型无法用于确定of调用的流类型，但提供给该方法的参数足以推断出类型Stream<String>。collect方法提供了分配给map1的结果，因此流类型Stream<String>和目标类型ImmutableMap<String, Integer>都已知并可用于表达式的类型推断。至于表达式：

• Testcase.toImmutableMap(keyMapper, valueMapper).build() 这是一个链式调用，因此对于build()已知目标类型，但对于toImmutableMap未知。然而，toImmutableMap的参数是局部变量，具有已知的确切类型，因此类型推断可以使用它们来推断toImmutableMap的结果类型，并检查它是否符合.build()的预期。

• Testcase.toImmutableMap(i -> i, Integer::valueOf).build() 这也是一个链式调用，但现在参数i -> i具有不完整的类型，并且缺乏目标类型。尝试在没有关于目标类型的知识的情况下猜测i -> i的类型失败。

• Testcase.toImmutableMap2(i -> i, Integer::valueOf) 这不是一个链式调用，因此对于toImmutableMap2调用的目标类型是可用的（就collect调用而言，它是一个嵌套调用）。因此，toImmutableMap2的目标类型允许推断参数的目标类型，因此对于i -> i lambda表达式也是如此。有了正确的目标类型，可以推断出正确的函数签名。

- Holger

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所以如果我理解你的意思正确的话，链式调用允许向前传递信息，但不允许在链中向后传递。给定 TargetType x = A.of(ArgumentType).buildB().buildC()，我们能够将 ArgumentType 从 A 传递到 C，但我们无法将 TargetType 从 C 传递回 A。这是正确的吗？ - Gili

Answer 2

一个Lambda表达式的目标类型完全由上下文决定，正如Java教程中所讨论的。因此，Lambda表达式不会对类型参数推断产生影响；相反，它们依赖于它。方法引用“是已经有名称的方法的紧凑、易读的Lambda表达式”（Oracle Java教程；强调添加），因此当它们涉及到时，在类型分析方面没有区别。

当您将Lambda表达式/方法引用分配给变量时，该变量的类型提供了推断类型参数的上下文。然而，当您直接将它们传递给泛型方法时，您需要其他机制来推断它们的类型。在某些情况下，方法的其他参数可能会起到这个作用。在您的特定情况下，看起来您可能需要明确的类型参数：

ImmutableMap<String, Integer> map2 = Stream.of("1", "2", "3").collect(
        Testcase.<String, String, Integer>toImmutableMap(i -> i, Integer::valueOf).build());

更新

关于更新后的问题，看起来在map3的情况下Java可以正确推断类型，部分原因是因为没有调用MapCollectorBuilder.build()方法而使得判断不复杂。没有build()时，map3的类型提供了上下文来确定Stream.collect()的第一个类型参数，从而给出了K和V。类型参数T可以从（推断出的）Stream类型中推断出。

然而，当涉及到build()时，我认为Java将推断泛型方法toImmutableMap()的类型参数与在其返回值上调用build()方法的返回值类型的问题分开考虑。换句话说，它想要在考虑调用该值上的方法的值类型之前确定由toImmutableMap()返回的对象的类型。

- John Bollinger

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我认为问题出在 .collect(Testcase.toImmutableMap(**i -> i**, Integer::valueOf) 这一行。泛型类型无法传播到其他类中。在这种情况下，Java 不知道 i 只能是 String 类型，因此假定为 Object。在第一个案例中，您有一个 Function<String, String> 实例。该实例携带了从 String 到 String 的映射信息，Java 可以正确地推断类型。 - Turing85

@Turing85，据我所知，问题出在两个lambda表达式上，包括那个也是方法引用的表达式。特别是关于i -> i，你只是重新陈述了我在答案中写的内容。 - John Bollinger

如果方法引用可以用于推断类型参数，那么Java应该能够从中推断出T和V，但编译器却抱怨无法推断出T、K或V。 - John Bollinger

谢谢。我添加了一个相关的语句（map3），本来期望会触发编译器错误，但实际上并没有。你能否更新你的答案来解决这个问题？ - Gili

Answer 3

有另外一种解决方法。您可以给编译器一个提示，明确指定身份 lambda 的参数类型：

ImmutableMap<String, Integer> map2 = Stream.of("1", "2", "3")
    .collect(Testcase.toImmutableMap((String i) -> i, Integer::valueOf).build());

在Javac 1.8.0_25和ECJ 3.10.2中编译正常。

- Tagir Valeev

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你刚刚证明的有趣的事情是类型推断仅在 <T> 失败。一旦我们提供了显式类型，剩余的变量就会被正确推断。 - Gili