Java 模式匹配如何简化 instanceof 和 switch？

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instanceof 模式匹配在 Java 16 正式发布，把类型检查和安全转换合并，并根据控制流判断模式变量作用域；switch 模式匹配在 Java 21 正式发布，可直接按类型、守卫条件和 null 分支匹配。编写 switch 时还必须满足分支不被前面更宽的模式支配，并对可能输入保持穷尽。

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if (obj instanceof String s) 只有匹配成功时才引入 s，null 不会匹配类型模式。编译器做流敏感作用域分析，因此在 && 右侧可以使用变量，在可能未匹配的 || 右侧则不能使用。

模式 switch 按从上到下的首个适用分支执行，具体类型应写在宽泛类型之前；Java 21 使用 when 添加守卫。传统 switch 遇到 null 通常抛 NullPointerException，模式 switch 可以显式声明 case null，但不会因为支持模式就默认接纳 null。

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一、instanceof 模式变量

传统写法要先检查再强制转换，类型名重复且容易转错：

if (value instanceof String) {
    String text = (String) value;
    System.out.println(text.length());
}

模式匹配将测试、转换和变量声明合为一体：

if (value instanceof String text && !text.isBlank()) {
    System.out.println(text.length());
}

只有左侧模式成功，&& 右侧才执行，所以 text 在那里肯定已赋值。写成 value instanceof String text || text.isBlank() 则不能编译，因为进入右侧时可能正是模式失败的情况。

二、流敏感作用域

模式变量不是简单地从声明位置一直存活到代码块末尾，编译器会根据控制流判断它是否必然匹配：

if (!(value instanceof String text)) {
    return;
}
System.out.println(text.length());

执行到打印语句意味着失败分支已经返回，因此 text 必然存在。理解这点比死记某一种 if 写法更可靠。类型模式不会匹配 null，所以上述成功路径中的 text 也不会是 null。

三、switch 类型模式与守卫

static String format(Object value) {
    return switch (value) {
        case null -> "空值";
        case Integer number when number > 0 -> "正整数";
        case Integer number -> "其他整数：" + number;
        case String text -> "文本：" + text;
        default -> "其他类型";
    };
}

守卫使用 when，只在类型模式匹配后判断附加条件。带守卫的正整数分支必须放在普通 Integer 分支之前，否则前面的宽泛分支会先接住所有 Integer。

四、支配关系与穷尽性

模式 switch 从上到下选择首个适用标签，所以 case Object object 若放在 case String text 前，会让 String 分支永远不可达，编译器将这种情况判为支配错误。这与传统 switch 中重复 case 的错误目的相同：阻止无意义分支。

switch 表达式必须覆盖所有可能值。选择器是普通开放类型时，通常需要 default；选择器是 sealed 类型时，列出所有允许分支后可以不写 default，编译器能基于密封层次检查穷尽性。显式 case null 与类型穷尽性是两个维度，因为类型模式本身不匹配 null。

五、Record Pattern 的配合

Java 21 还正式加入 Record Pattern，可以直接解构 Record 组件，并与类型模式嵌套：

record Point(int x, int y) {}

static int distanceSquared(Object value) {
    return switch (value) {
        case Point(int x, int y) -> x * x + y * y;
        default -> 0;
    };
}

这适合读取透明数据载体，但不应把一个复杂 switch 堆满业务逻辑。模式匹配改善的是类型检查和数据提取，领域多态更自然时，仍可把行为放回各类型的方法中。

六、版本边界

instanceof 模式匹配由 JEP 394 在 Java 16 定稿；switch 模式匹配由 JEP 441、Record Pattern 由 JEP 440 在 Java 21 定稿。旧版本曾使用预览语法，尤其守卫语法经历过变化，面试和项目代码应先确认目标 JDK，避免照搬早期预览示例。

七、用分支顺序推演支配关系

假设选择器声明类型为 Object，运行值是字符串。case CharSequence cs 已经覆盖所有 String，因此若后面再写 case String s，后者永远不可达；把 String 放前、CharSequence 放后才有意义。守卫不是任意常量 case 的通用 if，Java 21 的 when 只跟在模式标签之后。

前置 case	后置 case	是否可达	原因
`String s`	`Object o`	是	Object 还能接其他类型
`Object o`	`String s`	否	String 已被 Object 支配
`Integer i when i > 0`	`Integer i`	是	后者接剩余整数
`Integer i`	`Integer i when i > 0`	否	所有 Integer 已被接住

一个 sealed 层次有 3 个允许分支时，switch 列出 3 个具体类型即可通过穷尽检查；新增第 4 个允许分支后，旧源码重新编译会被提示补分支。运行时若类型层次与编译时不一致，所谓穷尽也可能以 MatchException 失败，因此部署时仍要保证类版本一致。

记忆钩子：模式 switch 按“从窄到宽”排列；类型覆盖负责穷尽，case null 单独负责空值，二者不要混为一谈。

八、常见误区与追问

误区：instanceof String s 在 value 为 null 时也会得到 s=null。 类型模式对 null 不匹配，成功路径中的模式变量为非 null。
误区：模式变量的作用域只由大括号决定。 编译器做流敏感分析，提前 return 后变量也可能在后续路径可用。
误区：模式 switch 会自动接受 null。 未显式 case null 时仍可能抛 NullPointerException，类型模式不会接住 null。
误区：宽类型 case 放前面只是风格不好。 它会支配后续窄类型，编译器将不可达分支判错。
追问：switch pattern statement 也必须穷尽吗？ Java 21 中使用模式或 null 标签等增强形式的 switch statement 也受穷尽性检查。
追问：Record Pattern 何时正式发布？ JEP 440 与 switch 模式 JEP 441 都在 Java 21 定稿，不应混用旧预览守卫语法。
追问：sealed 层次为什么有助于穷尽检查？ 编译器知道许可的直接子类型集合，可以验证所有可达分支是否覆盖。

九、加强记忆

instanceof 模式把“判断、转换、声明”合成一步，变量是否可用由控制流决定。switch 模式按顺序选择首个匹配，具体分支放前、宽泛分支放后，守卫用 when；同时记住类型模式不吃 null，分支还要满足支配与穷尽规则。

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