JAVA8 函数式编程（1）- Lambda表达式

aliases: [JAVA Lambda]
tags   : " #Java "
summary: [如何使用函数式编程写出优雅高效的JAVA代码]
author : [yaenli]
date   : [2022-11-10]

1 简介

简洁的代码就能处理大型数据集合，让复杂的集合处理算法高效的运行在多核CPU上。

面向对象编程是对数据进行抽象，而函数式编程是对行为进行抽象，能编写出更易读的代码——这种代码更多地表达了业务逻辑的意图，而不是它的实现机制。

写回调函数和事件处理程序时，程序员不必再纠缠于匿名内部类的冗繁和可读性，函数式编程让事件处理系统变得更加简单。能将函数方便地传递也让编写惰性代码变得容易，惰性代码在真正需要时才初始化变量的值。

函数式编程核心思想：在思考问题时，使用不可变值和函数，函数对一个值进行处理，映射成另一个值。

2 Lambda 表达式

2.1 Lambda 表达式的基本形式

例2-1：使用匿名内部类将行为和按钮单击进行关联

button.addActionListener(new ActionListener() {
    public void actionPerformed(ActionEvent event) {
        System.out.println("button clicked");
    }
});

这是一个代码即数据的例子，给按钮传递了代表某种行为的对象。设计匿名内部类的目的，就是为了方便 Java 程序员将代码作为数据传递。

例2-2：使用 Lambda 表达式将行为和按钮单击进行关联

button.addActionListener(event -> System.out.println("button clicked"));

Lambda 特点

Java 仍然是一种静态类型语言。声明参数时也可以包括类型信息，而且有时编译器不一定能根据上下文推断出参数的类型！

2.2 Lambda 表达式的变种

例2-3：Lambda 表达式的不同形式

// 1 不含参数，且返回类型为void
Runnable noArguments = () -> System.out.println("Hello World"); 
// 2 一个参数，可省略括号
ActionListener oneArgument = event -> System.out.println("button clicked"); 
// 3 主体不仅可以是表达式，也可以是代码块{}，块中可以返回或抛异常
Runnable multiStatement = () -> { 
	System.out.print("Hello");
	System.out.println(" World");
};
// 4 创建了一个函数，用来计算两个数字相加的结果。变量 add 的类型是 BinaryOperator<Long> ，它不是两个数字的和，而是将两个数字相加的那行代码。
BinaryOperator<Long> add = (x, y) -> x + y; 
// 5 需要显示声明参数类型时，用()
BinaryOperator<Long> addExplicit = (Long x, Long y) -> x + y;

目标类型是指 Lambda 表达式的类型，依赖于上下文环境，由编译器推断而来。比如，将 Lambda 表达式赋值给一个局部变量，或传递给一个方法作为参数，局部变量或方法参数的类型就是 Lambda 表达式的目标类型。

Java 中初始化数组时，数组的类型就是根据上下文推断出来的。另一个常见的例子是 null ，只有将 null 赋值给一个变量，才能知道它的类型。

2.3 Lambda 的引用类型

Lambda 表达式引用的是值，而不是变量。

Lambda 和匿名内部类一样，在引用外部变量时，该变量必须是终态变量。如下是正确和错误示例：

例2-4：Lambda 表达式中引用既成事实上的 final 变量

// 编译通过
String name = getUserName(); // final变量
button.addActionListener(event -> System.out.println("hi " + name));
// 编译错误
String name = getUserName();
name = formatUserName(name); // 非终态变量
button.addActionListener(event -> System.out.println("hi " + name));

Java 8 无需显示声明final，但是该变量必须是既成事实上的终态变量(final)，否则编译器会报错。是否显示的使用final，取决于个人喜好。

2.4 Lambda 表达式的类型

Lambda 表达式的类型是函数接口。

函数接口是只有一个抽象方法的接口.

例2-5： ActionListener 接口

public interface ActionListener extends EventListener {
	public void actionPerformed(ActionEvent event);
}

ActionListener 就是一个函数接口，actionPerformed 定义在一个接口里，因此 abstract 关键字不是必需
的。该接口也继承自一个不具有任何方法的父接口： EventListener 。

接口中单一方法的命名并不重要，只要方法签名和 Lambda 表达式的类型匹配即可。

表2-1：JDK8 中重要的函数接口

接口 参数 返回类型
Predicate<T> T boolean
Consumer<T> T void
Function<T,R> T R
Supplier<T> None T
UnaryOperator<T> T T
BinaryOperator<T> (T, T) T

2.5 Lambda 表达式的类型推断

Lambda 表达式中的类型推断，实际上是 Java 7 就引入的目标类型推断的扩展。

例2-6：使用菱形操作符，根据变量类型做推断

Map<String, Integer> diamondWordCounts = new HashMap<>();

如果将构造函数直接传递给一个方法，也可根据方法签名来推断类型。

例2-7：使用菱形操作符，根据方法签名做推断

useHashmap(new HashMap<>());
...
private void useHashmap(Map<String, String> values);

Java 8 中对类型推断系统做了提升。上面的例子将 new HashMap<>()传给 useHashmap 方法，即使编译器拥有足够的信息，也无法在 Java 7 中通过编译。

类型推断：JAVA8中，程序员可省略 Lambda 表达式中的所有参数类型。javac 根据 Lambda 表达式上下文信息就能推断出参数的正确类型。程序依然要经过类型检查来保证运行的安全性，但不用再显式声明类型。

例2-8：Predicate类型推断

// Predicate 接口的源码，接受一个对象，返回一个布尔值
public interface Predicate<T> {
	boolean test(T t);
}
// x被推断为Integer， javac 还检查Lambda 表达式的返回值是不是 boolean
Predicate<Integer> atLeast5 = x -> x > 5;

例2-9：BinaryOperator类型推断

// BinaryOperator 接口源码，接受两个对象，返回一个对象,泛型参数既是入参类型，也是返回类型
public interface BinaryOperator<T> extends BiFunction<T,T,T> {}
public interface BiFunction<T, U, R> {
    R apply(T t, U u);
}
// x,y推断为Long，并返回Long
BinaryOperator<Long> addLongs = (x, y) -> x + y;
// 以下代码编译报错：Operator '& #x002B;' cannot be applied to java.lang.Object, java.lang.Object. 没有给出add的泛型信息，编译器认为都是Object。
BinaryOperator add = (x, y) -> x + y;

2.6 总结

练习：使用 ThreadLocal 创建一个线程安全的 DateFormatter 对象

ThreadLocal 作为容器保存当前线程的局部变量，JAVA8 中新增了工厂方法，可以不用再使用继承；
DateFormatter 非线程安全

public class JavaMainTest {
	private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> threadLocal;
	private void init() {
		// jdk7
		threadLocal = new DataFormatThreadLocal() ;
		// jdk8
		threadLocal = ThreadLocal.withInitial(new Supplier<SimpleDateFormat>() {
			@Override
			public SimpleDateFormat get() {
				return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
			}
		});
		// jdk8 lambda
		threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"));
	}
	class DataFormatThreadLocal extends ThreadLocal<SimpleDateFormat> {
		@Override
		protected SimpleDateFormat initialValue() {
			// TODO Auto-generated method stub
			return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
		}
	}
}

3 参考资料

《Java 8函数式编程》- 作者：[英]沃伯顿；译者：王群锋

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