Java 类型安全映射 - 可以对两种通用类型进行类型检查吗？

Question

我正在为从 POJO 转换到 POJO 的类型安全映射创建一个库，根据键保存数据，目的是提供类型安全。键不是任意的，而是像枚举这样的固定常量。我检查了 this and this 但没有检查下面提到的 2 个条件的解决方案。

我有 2 个类 Map 和 Key。 Map 具有 get 方法，其中 return 给定键的值。有2个条件：

A: Key 应该匹配 Map 的通用类型。
B: get 应该 return 值匹配 Key 的通用类型。

我希望在编译时检查这两个条件。我不想传递多余的 Class 或类型参数。

class Map<K extends Key<?>{
    <T> T get1(K key) {...} //My first attempt: Solves A(checks key type) but not B(return type T)
    <T> T get2(Key<T> key) {...} //Another attempt: Solves B(checks return type T) but not A(key type)

    // I want to write method get, which checks both conditions something like this:
    <T,K1 extends K & Key<T>> T get(K1 key){...}//Won't compile ofcourse
}
interface/*or abstract class*/ Key<T>{
  //We could use enum instead of subclassing Key, but java enum constants are not generic. See: http://openjdk.java.net/jeps/301
}

这可能看起来很复杂，但下面的客户端代码表明它使用起来很简单。

//Client Code
class PersonKey<T> extends Key<T>{
  PersonKey<String> name=new PersonKey<>();
  PersonKey<Integer> age=new PersonKey<>();
}
class HouseKey<T> extends Key<T>{
  HouseKey<String> name=new HouseKey<>();
  HouseKey<String> address=new HouseKey<>();
}
//Usage:
Map<PersonKey<?>> person=new Map<>();
String name=person.get(PersonKey.name);//Intended use
Integer age=person.get(PersonKey.age);//Intended use
String name=person.get(HouseKey.name);//A: This should generate compile error: Arg must be PersonKey, not HouseKey
Integer age=person.get(PersonKey.name);//B: This should generate compile error: must return String, not Integer

get1解决了A，get2解决了B，但是我找不到办法检查两个。

有一种不切实际的方法可以使用 2 个相同的参数从理论上实现这一点，key1 检查 A，key2 检查 B:

class Map<K extends Key<?>>{
    <T> T strangeGet(K key1,Key<T> key2) {assert key1==key2;  ... }
}
//Client Use as follows:
String name=person.get(HouseKey.name,HouseKey.name);//A achieved
Integer age=person.get(PersonKey.name,PersonKey.name);//B achieved

目前的解决方案：

我找到了一个解决方案，但它很笨拙，并在客户端生成原始类型的警告：让 Key 有 2 种类型 T 和 ActualKey。

class Map<K extends Key<?,?>>{
    <T> T get(Key<T, K> key) {...}
}
class Key<T,ActualKey extends Key<?,?>> {...}
//Client Code
class PersonKey<T> extends Key<T,PersonKey> {//raw-type warning
    PersonKey<String> name=new PersonKey<>();
    PersonKey<Integer> age=new PersonKey<>();
}
class HouseKey<T> extends Key<T,HouseKey>{//raw-type warning
    HouseKey<String> name=new HouseKey<>();
    HouseKey<String> address=new HouseKey<>();
}
//Usage:
Map<PersonKey> person=new Map<>();//raw-type warning
String name=person.get(PersonKey.name);//Intended use
Integer age=person.get(PersonKey.age);//Intended use
String name=person.get(HouseKey.name);//A: Successfully generates compile error: Arg must be PersonKey, not HouseKey
Integer age=person.get(PersonKey.name);//B: Successfully generates compile error: must return String, not Integer

似乎没有办法在客户端代码中删除这种原始类型的警告。

Answer 1

编辑：

之前回答的内容不对，我删掉了。

我找到了一个可以满足您需求的解决方案，它是完全类型安全的并且避免了原始类型，但是会产生更复杂的键声明。地图的使用将如您所愿。

首先定义两个不同的Key接口：第一个声明接受一个泛型类型，它不是键值的类型，而是键本身的类型

public interface Key<T extends Key<T>> {

}

第二个声明定义了一个 Key 类型：

public interface TypedKey<T, K extends Key<K>> extends Key<K> {

}

现在我们可以这样定义地图了：

public class Map<K extends Key<K>> {

    <T, K1 extends TypedKey<T, K>> T get(K1 key) {
        return null; // TODO implementation
    }

}

这需要在实例化时实现 Key 的类型，并且每次调用 get 方法时都需要一个 TypedKey，它与第二个泛型类型的 Key 相同。

通过这个简单的测试class你可以看到结果：

public class Tester {

    static final class PersonKey implements Key<PersonKey> {
        private PersonKey() {}
    }

    static final class HouseKey implements Key<HouseKey> {
        private HouseKey() {}
    }

    static final class WrongKey implements Key<PersonKey> {
        private WrongKey() {}
    }

    static class ExtendableKey implements Key<ExtendableKey> {

    }

    static class ExtensionKey extends ExtendableKey {

    }

    static class PersonTypedKey<T> implements TypedKey<T, PersonKey> {

    }

    static class HouseTypedKey<T> implements TypedKey<T, HouseKey> {

    }

    /*static class ExtensionTypedKey<T> implements TypedKey<T, ExtensionKey> { // wrong type

    }

    static class WrongTypedKey<T> implements TypedKey<T, WrongKey> { // wrong type

    }*/

    public static void main(String[] args) {
        Map<PersonKey> personMap = new Map<>();
        Map<HouseKey> houseMap = new Map<>();
        //Map<WrongKey> wrongMap = new Map<>(); // wrong type
        //Map<ExtensionKey> extMap = new Map<>(); // wrong type
        PersonTypedKey<String> name = new PersonTypedKey<>();
        PersonTypedKey<Integer> age = new PersonTypedKey<>();
        HouseTypedKey<String> houseName = new HouseTypedKey<>();
        String nameString = personMap.get(name);
        Integer ageInt = personMap.get(age);
        //String houseString = personMap.get(houseName); // wrong type
        //ageInt = personMap.get(name); wrong type
        Map<ExtendableKey> extMap = new Map<>();

        whatMayBeWrongWithThis();
    }

    static class OtherPersonTypedKey<T> implements TypedKey<T, PersonKey> {

    }

    static class ExtendedPersonTypedKey<T> extends PersonTypedKey<T> {

    }

    public static void whatMayBeWrongWithThis() {
        Map<PersonKey> map = new Map<>();
        String val1 = map.get(new OtherPersonTypedKey<String>());
        String val2 = map.get(new ExtendedPersonTypedKey<String>());
        /*
         * TypedKey inheritance can be disallowed be declaring the class final, OtherPersonTypedKey can not be disallowed
         * with those declarations
         */
    }

    // if needed you can allow Key inheritance by declaring key, typedKey and map with extends Key<? super K>
}

我还评论了一些无法编译的示例代码。在上面的代码中，您可以看到我按照您的示例定义了 PersonKey 和 HouseKey，然后我定义了它们的类型版本，这是您将实际使用的实现。我定义了 PersonKey 和 HouseKey final 以防止扩展（我添加了一条注释来解释如何添加继承支持）和一个私有构造函数以防止实例化（如果不需要，可以将其删除）。还有一个名为 whatMayBeWrongWithThis 的方法，它解释了为什么这个解决方案可能不是您真正需要的解决方案。

但我也找到了解决这些问题的方法：

首先，我们必须稍微更改一下 TypedKey 的定义和 Map 中的 get 方法：

public interface TypedKey<T, K extends TypedKey<T, K>> {

}

public class Map<K extends Key<K>> {

    <T, K1 extends TypedKey<T, ? extends K>> T get(K1 key) {
        return null; // TODO implementation
    }

}

现在 TypedKey 不扩展 Key，第二个泛型类型必须是 TypedKey 本身的扩展。所以 get 方法限制性更强，只允许扩展 K 的 TypedKeys。

我们还必须更改 PersonKey 和 HouseKey 的定义，但为了防止我们的 Keys 的不需要的扩展，我们必须将它们定义为内部 classes，这样：

public class PersonKeyWrapper {

    public static class PersonKey implements Key<PersonKey> {
        private PersonKey() {}
    }

    public static class PersonTypedKey<T> extends PersonKey implements TypedKey<T, PersonTypedKey<T>> {

    }

}

public class HouseKeyWrapper {

    public static class HouseKey implements Key<HouseKey> {
        private HouseKey() {}
    }

    public static class HouseTypedKey<T> extends HouseKey implements TypedKey<T, HouseTypedKey<T>> {

    }

}

所以 PersonKey 和 HouseKey 可以从外面看到，但由于私有构造函数而不能扩展，所以唯一可能的扩展是我们提供的 TypedKeys。

这里有一个使用代码的例子：

public class Tester {

    /*static class PersonTypedKey<T> implements TypedKey<T, PersonKey> { // no more allowed

    }

    static class HouseTypedKey<T> implements TypedKey<T, HouseKey> { // no more allowed

    }*/

    public static void main(String[] args) {
        Map<PersonKey> personMap = new Map<>();
        Map<HouseKey> houseMap = new Map<>();
        PersonTypedKey<String> name = new PersonTypedKey<>();
        PersonTypedKey<Integer> age = new PersonTypedKey<>();
        HouseTypedKey<String> houseName = new HouseTypedKey<>();
        String nameString = personMap.get(name);
        Integer ageInt = personMap.get(age);
        //String houseString = personMap.get(houseName); // wrong type
        //ageInt = personMap.get(name); wrong type

        whatMayBeWrongWithThis();
    }

    /*static class OtherPersonTypedKey<T> implements TypedKey<T, PersonKey> { no more allowed

    }*/

    static class ExtendedPersonTypedKey<T> extends PersonTypedKey<T> { // allowed, you can declare PersonTypedKey final if you don't wont't to allow this

    }

    static class OtherPersonTypedKey<T> implements TypedKey<T, PersonTypedKey<T>> {

    }

    public static void whatMayBeWrongWithThis() {
        Map<PersonKey> map = new Map<>();
        String val1 = map.get(new OtherPersonTypedKey<String>());
        String val2 = map.get(new ExtendedPersonTypedKey<String>());
        /*
         * OtherPersonTypedKey can not be disallowed with this declaration of PersonTypedKey
         */
    }
}

正如您从示例中看到的那样，现在不再允许以前的一些不良行为，但我们仍然存在问题。

这是最终的解决方案：

您需要的唯一更改是包装器 classes，将它们变成 TypedKeys 工厂：

public class PersonKeyWrapper {

    public static class PersonKey implements Key<PersonKey> {
        private PersonKey() {
        }
    }

    private static class PersonTypedKey<T> extends PersonKey implements TypedKey<T, PersonTypedKey<T>> {

    }

    public static <T> TypedKey<T, ? extends PersonKey> get() {
        return new PersonTypedKey<T>();
    }

}

public class HouseKeyWrapper {

    public static class HouseKey implements Key<HouseKey> {
        private HouseKey() {}
    }

    private static class HouseTypedKey<T> extends HouseKey implements TypedKey<T, HouseTypedKey<T>> {

    }

    public static <T> TypedKey<T, ? extends HouseKey> get() {
        return new HouseTypedKey<T>();
    }

}

现在隐藏了 PersonKey 和 HouseKey 的唯一扩展（私有修饰符），获取它们实例的唯一方法是通过工厂方法。

现在测试class:

public class Tester {

    public static void main(String[] args) {
        Map<PersonKey> personMap = new Map<>();
        Map<HouseKey> houseMap = new Map<>();
        TypedKey<String, ? extends PersonKey> name = PersonKeyWrapper.get();
        TypedKey<Integer, ? extends PersonKey> age = PersonKeyWrapper.get();
        TypedKey<String, ? extends HouseKey> houseName = HouseKeyWrapper.get();
        String nameString = personMap.get(name);
        Integer ageInt = personMap.get(age);
        //String houseString = personMap.get(houseName); // wrong type
        //ageInt = personMap.get(name); wrong type
    }

    /*static class ExtendedPersonTypedKey<T> extends PersonTypedKey<T> { // no more allowed

    }

    static class OtherPersonTypedKey<T> implements TypedKey<T, PersonTypedKey<T>> { // no more allowed

    }*/
}

如您所见，我们已将 Map 绑定为一个非常具体的类型，只能通过 Wrapper classes 获得。如果你想在兼容的 TypedKeys 上创建一个层次结构，唯一的限制是你必须在 Wrapper 中将它们声明为私有内部 classes 并通过工厂方法公开它们。

Java 类型安全映射 - 可以对两种通用类型进行类型检查吗？

Java Typesafe maps - TypeCheck for both generic types possible?

java

generics

dto

typesafe

nested-generics

目前的解决方案：