为什么 Stream.sorted 在 Java 8 中不是类型安全的？

Question

这是来自 Oracle JDK 8 实现的 Stream 接口：

public interface Stream<T> extends BaseStream<T, Stream<T>> {
    Stream<T> sorted();
} 

并且在运行时很容易将其炸毁，并且在编译时不会生成警告。这是一个例子：

class Foo {
    public static void main(String[] args) {
        Arrays.asList(new Foo(), new Foo()).stream().sorted().forEach(f -> {});
    }
}

编译得很好，但会在运行时抛出异常：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Foo cannot be cast to java.lang.Comparable

sorted 方法未定义在编译器实际可以捕获此类问题的位置可能是什么原因？也许我错了，但不是这么简单吗：

interface Stream<T> {
    <C extends Comparable<T>> void sorted(C c);
}

?

显然，实现这一点的人（在编程和工程方面比我早几年）肯定有一个我看不到的很好的理由，但那是什么原因呢？

Answer 1

本质上，您是在询问是否有办法告诉编译器，“嘿，这种方法要求类型参数匹配比在类级别定义的更具体的界限”。这在 Java 中是不可能的。这样的功能可能很有用，但我也预计会令人困惑和/或复杂。

也没有办法使Stream.sorted() 与当前实现泛型的方式是类型安全的；如果您想避免需要Comparator，则不是。例如，您提出的建议如下：

public interface Stream<T> {

    <C extends Comparable<? super T>> Stream<T> sorted(Class<C> clazz);

} // other Stream methods omitted for brevity

不幸的是，不能保证Class<C> 可以从Class<T> 分配。考虑以下层次结构：

public class Foo implements Comparable<Foo> { /* implementation */ }

public class Bar extends Foo {}

public class Qux extends Foo {}

您现在可以拥有Bar 元素中的Stream，但尝试将其排序为好像它是Qux 元素中的Stream。

Stream<Bar> stream = barCollection.stream().sorted(Qux.class);

由于Bar 和Qux 都匹配Comparable<? super Foo>，因此没有编译时错误，因此没有添加类型安全。此外，需要 Class 参数的含义是它将用于强制转换。在运行时，如上所示，这仍然会导致ClassCastExceptions。如果Class 不 用于强制转换，那么该参数是完全没用的；我什至认为它有害。

下一个合乎逻辑的步骤是尝试并要求 C 扩展 T 以及 Comparable<? super T>。例如：

<C extends T & Comparable<? super T>> Stream<T> sorted(Class<C> clazz);

这在 Java 中也是不可能的，并且会导致编译错误：“类型参数不能跟在其他边界之后”。即使这是可能的，我也不认为它会解决所有问题（如果有的话）。

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一些相关说明。

关于Stream.sorted(Comparator)：不是Stream 使这个方法类型安全，而是Comparator。 Comparator 确保可以比较元素。为了说明，按元素的自然顺序对Stream 进行排序的类型安全方法是：

Stream<String> stream = stringCollection.stream().sorted(Comparator.naturalOrder());

这是类型安全的，因为naturalOrder() 需要其类型参数扩展Comparable。如果Stream 的泛型类型没有扩展Comparable，那么边界将不匹配，从而导致编译错误。但同样，Comparator 要求元素为 Comparable^* 而 Stream 根本不在乎。

所以问题就变成了，为什么开发人员首先为Stream 包含一个无参数sorted 方法？这似乎是出于历史原因，Holger 在an answer to another question 中进行了解释。

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^{* 在这种情况下，Comparator 要求元素为 Comparable。一般来说，Comparator 显然能够处理它定义的任何类型。}

Answer 2

Stream#sorted 的 documentation 完美诠释了这一点：

返回由该流的元素组成的流，按自然顺序排序。如果该流的元素不是 Comparable，则在执行终端操作时可能会抛出 java.lang.ClassCastException。

您正在使用不接受参数的重载方法（不是接受Comparator 的方法），并且Foo 没有实现Comparable。

如果你问为什么如果Stream 的内容没有实现Comparable，该方法不会引发编译器错误，那是因为T 没有被强制扩展Comparable，并且如果不调用Stream#map，就无法更改T；它似乎只是一种方便的方法，因此当元素已经实现 Comparable 时，不需要提供显式的 Comparator。

为了使其类型安全，T 必须扩展 Comparable，但这太荒谬了，因为它会阻止流包含任何不是 Comparable 的对象。

Answer 3

您将如何实现它？ sorted 是一个中间操作（可以在其他中间操作之间的任何位置调用），这意味着您可以从一个不可比较的流开始，但在 是 Comparable 的流上调用 sorted：

Arrays.asList(new Foo(), new Foo())
      .stream()
      .map(Foo::getName) // name is a String for example
      .sorted()
      .forEach(f -> {});

您提议的内容将参数作为输入，但 Stream::sorted 没有，因此您不能这样做。重载版本接受Comparator - 这意味着您可以按属性对某些内容进行排序，但仍返回Stream<T>。如果您尝试编写 Stream 接口/实现的最小框架，我认为这很容易理解。