Switch 模式匹配 — Pattern Matching for switch（JDK 17 预览 / JDK 21 正式）

飞翔科技的支付模块出了个 Bug——孔蓝写的 switch 语句根据支付类型分发处理，但每种类型都要先 instanceof 再做类型转换。

他写了 80 多行的 switch 方法，里面嵌套了 5 个 instanceof：

Object payment = ...;
if (payment instanceof WechatPay w) {
    // 处理微信支付
} else if (payment instanceof AliPay a) {
    // 处理支付宝
} else if (payment instanceof UnionPay u) {
    // 处理银联
} else {
    throw new IllegalArgumentException("未知支付类型");
}

白歌看了一眼："这叠罗汉式的 if-else，以后用 JDK 17 的 switch 模式匹配，一行 case WechatPay w 就能匹配类型并绑定变量。"

孔蓝眼睛一亮："switch 还能匹配类型？"

"JDK 17 预览，JDK 21 正式转正——" 白歌说，"配合密封类一起用，编译器还能帮你检查分支是否覆盖了所有子类型。"

定义表

概念描述
Pattern Matching for switchJDK 17 预览特性（JDK 21 正式），将模式匹配扩展到 switch 语句和表达式，支持类型匹配、守卫模式、null 处理
类型模式（Type Pattern）case ClassName variableName——匹配类型并将对象绑定到指定变量
守卫模式（Guarded Pattern / when 子句）case ClassName variableName when condition——在类型匹配的基础上附加布尔条件
全类型覆盖（Exhaustiveness）与密封类配合时，编译器检查 switch 是否覆盖了所有可能的子类型
null 处理case null -> ... 显式处理 null，避免 NullPointerException

Mermaid 对比图：传统方式 vs Switch 模式匹配

基础用法：类型匹配

3.1 从 instanceof 链到 switch 模式匹配

// ===== 传统方式：instanceof + if-else 链 =====
static String formatOld(Object obj) {
    if (obj instanceof Integer i) {
        return "整数: " + i;
    } else if (obj instanceof Long l) {
        return "长整数: " + l;
    } else if (obj instanceof Double d) {
        return "浮点数: " + d;
    } else if (obj instanceof String s) {
        return "字符串: '" + s + "'";
    } else {
        return "未知类型: " + obj.getClass().getName();
    }
}

// ===== JDK 17 预览：switch 模式匹配 =====
static String formatNew(Object obj) {
    return switch (obj) {
        case Integer i   -> "整数: " + i;
        case Long l      -> "长整数: " + l;
        case Double d    -> "浮点数: " + d;
        case String s    -> "字符串: '" + s + "'";
        case null        -> "null 值";
        default          -> "未知类型: " + obj.getClass().getName();
    };
}

输出：

整数: 42
长整数: 9999999999
浮点数: 3.14159
字符串: '飞翔科技'
null 值
未知类型: java.util.Date

3.2 与传统 switch 的区别

// ===== 传统 switch（JDK 14+ 箭头语法）=====
// 只能匹配 byte / short / char / int / String / enum
String result = switch (day) {
    case MONDAY    -> "周一";
    case FRIDAY    -> "周五";
    default        -> "其他";
};

// ===== 模式匹配 switch（JDK 17 预览）=====
// 可以匹配任意 Object 类型！
String result = switch (obj) {
    case Integer i    -> "整数 " + i;
    case String s     -> "字符串 " + s;
    case null         -> "空值";
    default           -> "其他类型";
};

守卫模式 — when 子句

when 子句在类型匹配成功后，追加一个布尔条件做进一步筛选：

// ===== 支付金额分级处理 =====
sealed interface Payment permits WechatPay, AliPay, UnionPay {}
record WechatPay(double amount, String openId) implements Payment {}
record AliPay(double amount, String account) implements Payment {}
record UnionPay(double amount, String cardNo) implements Payment {}

public class GuardedPatternDemo {
    static String processPayment(Payment payment) {
        return switch (payment) {
            // 小额支付 —— 免密
            case WechatPay w when w.amount() < 500
                -> "微信小额支付（免密）: " + w.amount() + "元";

            // 大额支付 —— 需要密码
            case WechatPay w when w.amount() >= 500
                -> "微信大额支付（需密码）: " + w.amount() + "元";

            // 支付宝同样分级
            case AliPay a when a.amount() < 1000
                -> "支付宝小额支付: " + a.amount() + "元";
            case AliPay a
                -> "支付宝大额支付: " + a.amount() + "元";

            // 银联统一处理
            case UnionPay u
                -> "银联支付: " + u.amount() + "元，卡号尾号 "
                   + u.cardNo().substring(u.cardNo().length() - 4);
        };
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(processPayment(new WechatPay(200, "openid_001")));
        System.out.println(processPayment(new WechatPay(2000, "openid_002")));
        System.out.println(processPayment(new AliPay(3000, "ali@feixiang.com")));
        System.out.println(processPayment(new UnionPay(500, "6222000012345678")));
    }
}

输出：

微信小额支付（免密）: 200.0元
微信大额支付（需密码）: 2000.0元
支付宝大额支付: 3000.0元
银联支付: 500.0元，卡号尾号 5678

注意：when 是 JDK 19 预览中引入的关键字，JDK 17 预览版使用 && 语法。此处以 JDK 21 最终语法展示。

null 处理

传统 switch 遇到 null 会直接抛 NullPointerException。模式匹配 switch 允许显式 case null：

static String handleWithNull(Object obj) {
    return switch (obj) {
        case null        -> "对象为 null（正常处理，不抛异常）";
        case String s    -> "字符串: " + s;
        case Integer i   -> "整数: " + i;
        default          -> "其他类型";
    };
}

public static void main(String[] args) {
    System.out.println(handleWithNull(null));        // 不抛异常
    System.out.println(handleWithNull("飞翔科技"));
    System.out.println(handleWithNull(42));
}

输出：

对象为 null（正常处理，不抛异常）
字符串: 飞翔科技
整数: 42

与密封类的配合：完整性检查

密封类 + Switch 模式匹配 = 编译器自动验证全覆盖：

// ===== 密封类定义 =====
sealed interface HttpStatus permits Success, Redirect, ClientError, ServerError {}

record Success(int code, String body) implements HttpStatus {}
record Redirect(int code, String location) implements HttpStatus {}
record ClientError(int code, String message) implements HttpStatus {}
record ServerError(int code, String message) implements HttpStatus {}

// ===== Switch 模式匹配（编译器检查完整性）=====
static String handle(HttpStatus status) {
    return switch (status) {
        case Success s      -> "成功 " + s.code() + ": " + s.body();
        case Redirect r     -> "重定向 " + r.code() + " -> " + r.location();
        case ClientError ce -> "客户端错误 " + ce.code() + ": " + ce.message();
        case ServerError se -> "服务端错误 " + se.code() + ": " + se.message();
        // 编译器知道只有这 4 种子类型，不需要 default！
    };
}

如果注释掉任意一个 case——编译器会报错：the switch statement does not cover all possible input values。

代码对比总结

维度传统 instanceof 链Switch 模式匹配
代码行数每种类型 3 行（判断 + 强转 + 使用）每种类型 1 行
类型安全需手动强转自动绑定，无强转
null 处理手动判空case null -> 一行
守卫条件嵌套 ifwhen 子句内联
完整性检查无（密封类场景需手动 default）密封类场景编译器自动检查
可读性if-else 叠罗汉switch 结构清晰扁平

JDK 版本演进

JDK 版本状态关键变化
JDK 17预览（JEP 406）首次引入 switch 模式匹配
JDK 18二次预览（JEP 420）改进类型推断
JDK 19三次预览（JEP 427）引入 when 子句替代 &&
JDK 20四次预览（JEP 433）改进 exhaustiveness 检查
JDK 21正式特性（JEP 441）所有语法稳定，正式转正

当前使用建议：生产项目建议使用 JDK 21+ 的正式版本。JDK 17 环境下需要用 --enable-preview 启用。

总结

Switch 模式匹配是 Java 语言在模式匹配道路上的重要里程碑。与记录类、密封类共同构成了"代数数据类型（ADT）+ 模式匹配"的现代编程范式，彻底告别了 instanceof + 强制转换 + if-else 链的冗长代码。

核心三要素：类型匹配（case Type var）→ 守卫条件（when）→ 完整性检查（密封类配合），三者合力使 switch 从简单的值匹配进化为强大的类型分派引擎。