Lambda表达式

Posted 2020-08-26 一行代码的事

Java 8历时2年8个月，这次升级是继Java 5之后对Java一次脱胎换骨的变化。在Java 8的新特性中很多都是围绕Lambda表达式而提供的，Lambda表达式也将使热衷于OOP（Object-Oriented Programming）的Java程序员体会到FP(Functional Programming)的强大。Java 8的Lambda表达多少借鉴了Scala的Lambda（Scala使用「=>」Java8使用「->」），和纯正FP的Haskell还是有很大差别。 

（1）历史来由 

①关于Java7/Java8 
Java 8的很多新特性按照预定都应该包含在Java 7中，但是由于对Project Lambda和Project Jigsaw的争论一直没有达成共识，Java 7一直无法发布。2010年9月Java平台首席架构师Mark Reinhold在他的Blog上提出2个方案： 

• A:所有功能都包含到Java 7中，发布推迟到2012年中旬
• B:不包含Project Lambda和Project Jigsaw等几个项目Java 7在2011年中旬发布，这几个项目推迟到2012年中旬发布的Java 8中

博客的评论基本上都赞成方案B。2010年的JavaOne上Mark Reinhold正式决定采用方案B。之后2011年7月Java 7正式发布。 

2012年7月 Mark Reinhold再次发文称Project Jigsaw将不会包含在Java 8中而得推迟到Java 9中，由此一来Java 8的主要特性就是Project Lambda。 

2012年下旬->2013年下旬->2014年3月 Java 8的发布也是不断跳票。Project Coin、Collection Literals、Swing Date Picker等也被推迟到Java 9，而把Date & Time API、Nashorn等纳入Java 8中。 

2014年3月18日 Java 8带着“即使有Bug也要发布”的节奏，历时2年8个月终于发布了。JavaTM SE 8 Release Contents 

②关于Project Lambda 
2005年，Java 6发布前很多人提议在Java中引入闭包Closure，先是Gilad Bracha、Neal Gafter、James Gosling、Peter van der Ahé做了一个Java闭包的提案，叫BGGA(以他们名字的首字母命名)、后来改名Closures for the Java Programing Language。关于这个提案在Java社区掀起了很到争论，Neal Gafter和Joshua Bloch争论最为有名。 

除BGGA外，Java闭包的实现也有很多其他的方案，比如：Joshua Bloch、Doug Lea、Bob Lee提出了CICE（Concise Instance Creation Expresions）。还有一个提案是FCM（First Class Methods）。CICE并不是要在Java中引入闭包而是对匿名类做一个简化写法的提案（现在最终的Project Lambda也是很接近CICE）。 

2008年在java.net做了一个在线调查，大概2000人参与回答，大部分人投给了BGGA或者干脆不引入闭包。 

2008年11月，Mark Reinhold在 Devoxx 发布Java 7中不会引入闭包，从而才终止了这场争论。但是1年后的2009年11月Mark Reinhold同样是在 Devoxx 发布Java 7中要引入简单的闭包。基于此，2009年12月作为OpenJDK的子项目Project Lambda开始启动。 

 

为什么2008年终止在Java 7中引入闭包会在2009年再次提出？ 
答案是：CPU多核化的趋势。无论是PC还是SmartPhone，CPU的多核化在急速发展，所以软件的并行处理也要跟得上。 

Java中虽然可以通过Thread来并行处理，但是Java 5的Concurrency Utilities的处理粒度更大，而Java 7的Fork/Join Framework并行粒度更细。Java的for循环采用外部迭代（程序员自己写代码），需要转成内部迭代（由Java类库迭代）的并行化，而很多语言都已经支持内部迭代。虽然Java可以借助匿名类来实现，但是写法很繁琐，所以需要简化匿名类的写法。 

2009年Project Lambda成立后，Mark Reinhold提出了一个原案Straw-Man Proposal。在这个稻草人提议中Mark Reinhold并没有使用以前争论不休的闭包，而是采用了Lambda表达式。基于此草案不断演化才得到了现在Java8的Lambda表达式。JSR 335: Lambda Expressions for the Java? Programming Language： 

接口的变化： 
开始决定使用SAM（Single Abstract Method）来作为接口，SAM指只有一个方法的抽象类或接口。但函数型的引入又激起了争论，后来只限于接口，所以很少人再说SAM，而是引入了函数式接口的概念。 

写法的变化： 
#(参数) { 函数体 } -> (参数) -> { 函数体 } 
Collections.xxxx() -> Stream API 

实现的变化 
匿名类 ->Java 7 引入的 InvokeDynamic命令动态生成Class 

Project Lambda是一个漫长的过程，能够最终成行已经不易，看看这些人的名字，他们都是Java界的大神，尤其Doug Lea为Java并发做出了不可磨灭的贡献。 

（2）Lambda表达式 

λ：希腊字母表中排序第十一位的字母，英语名称为Lambda。最早出现是用于计算的λ演算（lambda calculus），后来被函数式编程语言广泛采用。 

Lambda表达式可以理解成为是一个能够作为参数传递的匿名函数Object，他没有名字，但有参数列表、有函数体、有返回类型、可以抛出异常。它的类型，叫做“目标类型（target type）”Java8中就是“函数接口（functional interface）”。 

语法： 

引用

(parameters) -> expression 
(parameters) -> statement 
(parameters) -> { statements; }

举例： 

引用

() -> Math.PI * 2.0 
(int i) -> i * 2 
(String s) -> s.length() 
(int i0, int i1) -> i0 + i1 
(int x, int y) -> { return x + y; }

①省略类型 

Java代码  

1. (int x, int y) -> { return x + y; };  
2. (x, y) -> { return x + y; };  

***不能只省略一部分类型，比如：(int x, y) -> { return x + y; }; // NG 

②1个参数可以省略括号 

Java代码  

1. (String text) -> { System.out.println(text); };  
2. (text) -> { System.out.println(text); };  
3. text -> { System.out.println(text); };  

***但是不能带类型，比如：String text -> { System.out.println(text); }; // NG 

③函数体多行时需要大括号 

Java代码  

1. (int i) -> {  
2.     int prod = 1;  
3.     for(int n = 0; n < 5; n++) prod *= i;  
4.     return prod;  
5. };  

④函数体只有一行的话可以省略大括号 

Java代码  

1. text -> System.out.println(text);  

***assert语句不能省略带括号，比如： s -> { assert !s.isEmpty(); }; 
***return语句不能省略带括号，比如：(x, y) -> return x -y; // NG 

⑤只有一行代码而且有返回值的可以省略return，会返回该行代码计算结果 

Java代码  

1. (x, y) -> { return x -y; };  
2. (x, y) -> x -y;  

***return要和大括号一起省略，比如：(x, y) -> { x - y; }; // NG 

⑥没有参数没有返回值的空函数 

Java代码  

1. () -> {};   

⑦Scala等使用下划线做占位符，Java8中不可以 

Java代码  

1. (_) -> System.out.println(_); // NG  

⑧用于Lambda的变量不可变 

Java代码  

1. int portNumber = 1337;  
2. Runnable r = () -> System.out.println(portNumber); // OK  
3.   
4. // 编译错误  
5. // Local variable portNumber defined in an enclosing scope must be final or effectively final  
6. int portNumber = 1337;  
7. Runnable r = () -> System.out.println(portNumber); // NG  
8. portNumber = 1338;  
9.   
10. // 通过数组实现  
11. final int[] wrappedNumber = new int[] { 1337 };  
12. Runnable r = () -> System.out.println(wrappedNumber[0]); // OK  
13. wrappedNumber[0] = 1338;  

⑨其他 

• 一个λ表达式可以有多个目标类型（函数接口），只要函数匹配成功即可。但需注意一个λ表达式必须至少有一个目标类型。
• 一个λ表达式可以被当做Object使用，需要赋值给一个函数接口，然后再赋值给一个Object。

（3）Lambda和匿名类区别 
this：匿名类this取得是自己，Lambda取得是所在的外部类。 

Java代码  

1. public class LambdaTest {  
2.     public LambdaTest() {  
3.         Function func1 = new Function() {  
4.             @Override  
5.             public void func() {  
6.                 System.out.println("Anon Class: " + this.getClass());  
7.             }  
8.         };  
9.         Function func2 = () -> System.out.println("Lambda Exp.: " + this.getClass());  
10.     }  
11. }  

****但是很少需要在lambda中使用this 

（4）用于何处 
Lambda可以传递给任何希望是函数式接口的地方。 

（5）运行机制 
Java 7引入了invokedynamic指令，它是一个JVM指令，允许动态语言在run-time时动态绑定。Java 8的Lambda表达式并不是匿名类的语法糖，它不会在编译的时候生成类似于匿名类的xxx$1.class，而是在运行的时候使用invokeDynamic指令。对于一条Lambda表达式在class里边会包含一个invokedynamic命令和一个静态方法。运行时会使用LambdaMetafactory#metafactory做成一个Lambda$1的内部类再调用该函数式接口的实例。在运行时生成class，就是避免class太多影响加载速度，像Stream那样的到处是Lambda。 



比如遍历List： 

Java代码  

1. Arrays.asList("a", "b", "c").forEach(x -> System.out.println(x));  

编译后的Class内容： 
 

 

也可以接住异常堆栈信息看看Lambda是怎么执行的： 

Java代码  

1. String[] datas = new String[]{""};  
2. Arrays.asList(datas).stream().forEach(name -> check(name));  
3.   
4. public static int check(String s) {  
5.     if (s.equals("")) {  
6.         throw new IllegalArgumentException();  
7.     }  
8.     return s.length();  
9. }  

引用

Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException 
    at com.rensanning.java8.lambda.Test.check(Test.java:14) 
    at com.rensanning.java8.lambda.Test.lambda$0(Test.java:9) 
    at com.rensanning.java8.lambda.Test$$Lambda$1/518248.accept(Unknown Source) 
    at java.util.Spliterators$ArraySpliterator.forEachRemaining(Spliterators.java:948) 
    at java.util.stream.ReferencePipeline$Head.forEach(ReferencePipeline.java:580) 
    at com.rensanning.java8.lambda.Test.main(Test.java:9)

参考： 
http://www.oracle.com/events/us/en/java8/index.html 
http://www.lambdafaq.org/ 
http://cr.openjdk.java.net/~briangoetz/lambda/lambda-translation.html 
http://www.oracle.com/webfolder/technetwork/tutorials/obe/java/Lambda-QuickStart/index.html 
http://www.dreamsyssoft.com/java-8-lambda-tutorial/index.php 
http://www.slideshare.net/bitter_fox/java8-launch 
http://www.slideshare.net/miyakawataku/lambda-meets-invokedynamic 
http://cr.openjdk.java.net/~briangoetz/lambda/lambda-state-final.html 
http://www.slideshare.net/mariofusco/fp-in-java-project-lambda-and-beyond 
http://www.journaldev.com/2389/java-8-features-for-developers-lambdas-functional-interface-stream-and-time-api