一文了解 lambda 用法与源码分析
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来源 | cmlanche.com/2018/07/22/lambda用法与源码分析/
用法
示例：最普遍的一个例子，执行一个线程
new Thread(() -> System.out.print("hello world")).start();
->我们发现它指向的是 Runnable接口
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
/**
* When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
* to create a thread, starting the thread causes the object's
* <code>run</code> method to be called in that separately executing
* thread.
* <p>
* The general contract of the method <code>run</code> is that it may
* take any action whatsoever.
*
* @see java.lang.Thread#run()
*/
public abstract void run();
}
分析
->这个箭头是lambda表达式的关键操作符
->把表达式分成两截，前面是函数参数，后面是函数体。
Thread的构造函数接收的是一个Runnable接口对象，而我们这里的用法相当于是把一个函数当做接口对象传递进去了，这点理解很关键，这正是函数式编程的含义所在。
我们注意到Runnable有个注解 @FunctionalInterface，它是jdk8才引入，它的含义是函数接口。它是lambda表达式的协议注解，这个注解非常重要，后面做源码分析会专门分析它的官方注释，到时候一目了然。
/* @jls 4.3.2. The Class Object
* @jls 9.8 Functional Interfaces
* @jls 9.4.3 Interface Method Body
* @since 1.8
*/
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface FunctionalInterface {}
由此引发的一些案例
有参数有返回值的实例：集合排序
List<String> list = new ArrayList<>();
Collections.sort(list, (o1, o2) -> {
if(o1.equals(o2)) {
return 1;
}
return -1;
})
我们知道Collections.sort方法的第二个参数接受的是一个 Comparator<T>的对象，它的部分关键源码是这样的：
@FunctionalInterface
public interface Comparator<T> {
int compare(T o1, T o2);
}
如上已经去掉注释和部分其他方法。
我们可以看到sort的第二个参数是Comparator的compare方法，参数类型是T，分别是o1和o2，返回值是一个int。
疑问
上面的示例我们看到接口都有个 @FunctionalInterface的注解，但是我们在实际编程中并没有加这个注解也可以实现lambda表达式，例如：
public class Main {
interface ITest {
int test(String string);
}
static void Print(ITest test) {
test.test("hello world");
}
public static void main(String[] args) {
Print(string -> {
System.out.println(string);
return 0;
});
}
}
如上所示，确实不需要增加 @FunctionInterface注解就可以实现。
如果在1中的示例的ITest接口中增加另外一个接口方法，我们会发现不能再用lambda表达式。
我们带着这两个疑问来进入源码解析。
源码解析
必须了解注解 @FunctionInterface
上源码：
package java.lang;
import java.lang.annotation.*;
/**
* An informative annotation type used to indicate that an interface
* type declaration is intended to be a <i>functional interface</i> as
* defined by the Java Language Specification.
*
* Conceptually, a functional interface has exactly one abstract
* method. Since {@linkplain java.lang.reflect.Method#isDefault()
* default methods} have an implementation, they are not abstract. If
* an interface declares an abstract method overriding one of the
* public methods of {@code java.lang.Object}, that also does
* <em>not</em> count toward the interface's abstract method count
* since any implementation of the interface will have an
* implementation from {@code java.lang.Object} or elsewhere.
*
* <p>Note that instances of functional interfaces can be created with
* lambda expressions, method references, or constructor references.
*
* <p>If a type is annotated with this annotation type, compilers are
* required to generate an error message unless:
*
* <ul>
* <li> The type is an interface type and not an annotation type, enum, or class.
* <li> The annotated type satisfies the requirements of a functional interface.
* </ul>
*
* <p>However, the compiler will treat any interface meeting the
* definition of a functional interface as a functional interface
* regardless of whether or not a {@code FunctionalInterface}
* annotation is present on the interface declaration.
*
* @jls 4.3.2. The Class Object
* @jls 9.8 Functional Interfaces
* @jls 9.4.3 Interface Method Body
* @since 1.8
*/
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface FunctionalInterface {}
我们说过这个注解用来规范lambda表达式的使用协议的，那么注释中都说了哪些呢？
一种给interface做注解的注解类型，被定义成java语言规范。
* An informative annotation type used to indicate that an interface
* type declaration is intended to be a <i>functional interface</i> as
* defined by the Java Language Specification.
一个被它注解的接口只能有一个抽象方法，有两种例外。
第一是接口允许有实现的方法。
这种实现的方法是用default关键字来标记的（java反射中java.lang.reflect.Method#isDefault()方法用来判断是否是default方法），例如：
当然这是jdk8才引入的特性，到此我们才知道，知识是一直在变化的，我们在学校中学到interface接口不允许有实现的方法是错误的，随着时间推移，一切规范都有可能发生变化。
如果声明的方法和java.lang.Object中的某个方法一样，它可以不当做未实现的方法，不违背这个原则：一个被它注解的接口只能有一个抽象方法
例如同样是Compartor接口中，它重新声明了equals方法：
这些是对如下注释的翻译和解释。
* Conceptually, a functional interface has exactly one abstract
* method. Since {@linkplain java.lang.reflect.Method#isDefault()
* default methods} have an implementation, they are not abstract. If
* an interface declares an abstract method overriding one of the
* public methods of {@code java.lang.Object}, that also does
* <em>not</em> count toward the interface's abstract method count
* since any implementation of the interface will have an
* implementation from {@code java.lang.Object} or elsewhere.
如果一个类型被这个注解修饰，那么编译器会要求这个类型必须满足如下条件：
这个类型必须是一个interface，而不是其他的注解类型、枚举enum或者类class
这个类型必须满足function interface的所有要求，如你个包含两个抽象方法的接口增加这个注解，会有编译错误。
* <p>If a type is annotated with this annotation type, compilers are
* required to generate an error message unless:
*
* <ul>
* <li> The type is an interface type and not an annotation type, enum, or class.
* <li> The annotated type satisfies the requirements of a functional interface.
* </ul>
编译器会自动把满足function interface要求的接口自动识别为function interface，所以你才不需要对上面示例中的 ITest接口增加@FunctionInterface注解。
* <p>However, the compiler will treat any interface meeting the
* definition of a functional interface as a functional interface
* regardless of whether or not a {@code FunctionalInterface}
* annotation is present on the interface declaration.
通过了解function interface我们能够知道怎么才能正确的创建一个function interface来做lambda表达式了。接下来的是了解java是怎么把一个函数当做一个对象作为参数使用的。
穿越：对象变身函数
让我们重新复盘一下上面最开始的实例：
new Thread(() -> System.out.print("hello world")).start();
我们知道在jdk8以前我们都是这样来执行的：
Runnable r = new Runnable(){
System.out.print("hello world");
};
new Thread(r).start();
我们知道两者是等价的，也就是说 r 等价于 ()->System.out.print("hello world")，一个接口对象等于一个lambda表达式？那么lambda表达式肯定做了这些事情（未看任何资料，纯粹推理，有误再改正）：
创建接口对象
实现接口对象
返回接口对象
关于 UnaryOperator
上篇文章（聊一聊JavaFx中的TextFormatter以及一元操作符UnaryOperator）关于 UnaryOperator草草收尾，在这里给大家重新梳理一下，关于它的使用场景以及它与lambda表达式的关系。
使用场景
要先理解它的作用，它是接受一个参数并返回与该类型同的值，来看一个List怎么用它的，java.util.List中的replaceAll就用它了：
default void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {
Objects.requireNonNull(operator);
final ListIterator<E> li = this.listIterator();
while (li.hasNext()) {
li.set(operator.apply(li.next()));
}
}
我们可以看到这个方法的目的是把list中的值经过operator操作后重新返回一个新值，例如具体调用。
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("abc");
list.replaceAll(s -> s + "efg");
System.out.println(list);
其中lambda表达式 s->s+"efg"就是这个operator对象，那么最终list中的值就变成了["abcefg"]，由此我们可以知道它的作用就是对输入的值再加工，并返回同类型的值，怎么用就需要你自己扩展发挥了。
与lambda表达式的关系？
在我看来，它跟lambda表达式的关系并不大，只是它是jdk内置的一种标准操作，类似的二元操作符 BinaryOperator它可以接受两个同类型参数，并返回同类型参数的值。
关于UnaryOperator，我们百尺竿头更进一步，深入到核心
先贴出它的源码：
@FunctionalInterface
public interface UnaryOperator<T> extends Function<T, T> {
/**
* Returns a unary operator that always returns its input argument.
*
* @param <T> the type of the input and output of the operator
* @return a unary operator that always returns its input argument
*/
static <T> UnaryOperator<T> identity() {
return t -> t;
}
}
我们看到这个function interface居然没有抽象方法，不，不是没有，我们继续看Function接口。
@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
/**
* Applies this function to the given argument.
*
* @param t the function argument
* @return the function result
*/
R apply(T t);
/**
* Returns a composed function that first applies the {@code before}
* function to its input, and then applies this function to the result.
* If evaluation of either function throws an exception, it is relayed to
* the caller of the composed function.
*
* @param <V> the type of input to the {@code before} function, and to the
* composed function
* @param before the function to apply before this function is applied
* @return a composed function that first applies the {@code before}
* function and then applies this function
* @throws NullPointerException if before is null
*
* @see #andThen(Function)
*/
default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
Objects.requireNonNull(before);
return (V v) -> apply(before.apply(v));
}
/**
* Returns a composed function that first applies this function to
* its input, and then applies the {@code after} function to the result.
* If evaluation of either function throws an exception, it is relayed to
* the caller of the composed function.
*
* @param <V> the type of output of the {@code after} function, and of the
* composed function
* @param after the function to apply after this function is applied
* @return a composed function that first applies this function and then
* applies the {@code after} function
* @throws NullPointerException if after is null
*
* @see #compose(Function)
*/
default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) -> after.apply(apply(t));
}
/**
* Returns a function that always returns its input argument.
*
* @param <T> the type of the input and output objects to the function
* @return a function that always returns its input argument
*/
static <T> Function<T, T> identity() {
return t -> t;
}
}
既然他们都被注解为 @FunctionInterface了，那么他们肯定有一个唯一的抽象方法，那就是 apply。
我们知道 ->lambda表达式它是不需要关心函数名字的，所以不管它叫什么， apply也好， apply1也好都可以，但jdk肯定要叫一个更加合理的名字，那么我们知道 s->s+"efg"中 ->调用的就是 apply方法。
而且我们注意到这里有一个 identity()的静态方法，它返回一个Function对象，它其实跟lambda表达式关系也不大，它的作用是返回当前function所要表达的lambda含义。相当于创建了一个自身对象。
Function算是lambda的一种扩展应用，这个Function的的作用，是 Representsafunctionthat accepts one argumentandproduces a result.意思是接受一个参数，并产生（返回）一个结果（类型可不同）。
类似的还有很多Function，都在包java.util.Function中。
你也可以创建自己的Function，它是用来表达操作是怎样的。如传入的参数是什么，返回的是什么。
其实你只要明白它抽象的是操作就可以了。
到此就知道，原来UnaryOperator没啥神秘的，jdk把这些操作放在java.util.function中也正说明了它是一个工具类，是为了提取重复代码，让它可以重用，毕竟需要用到这样的操作的地方太多了，提取是有必要的。
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