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说说Java 8中的Lambda表达式

2013-04-26 11:06 731 查看
Lambda表达式做为”匿名函数”实现高阶函数的途径,地位早就已被业界所承认,应用也相当广泛,可以说Lambda表达式已经成为现代编程语言的必备特性之一。看人家.NET平台上的C#码农和Java平台上的Scala码农早就玩的炉火纯青,.NET 4.0后使用lambda表达式甚至几乎成为所有类库和框架的标配。而Java上的lambda由原先计划中的Java7一直推到Java8才将发布,也由此可见Java语言的不思进取和现在已经离现代编程语言群体有多么遥远了。
早在2010年,Oracle发布了Java Lambda的第一版语法,立即遭受一片骂声。该语法类似这样:

int i1 = #()(3).();
Integer i2 = #()(3).();
int i3 = #(int x)( x + 1 ).(3);
int i4 = #(Number x)(x.intValue()).(new Float(3.0f));
Object o = #()(3);


虽然这样的语法在编译器的层面支持起来相当简单,不过折磨的却是开发人员,这中lambda语法与Java风格相差太远,单句过长不简洁,在一片长单词中出现一堆符号也会让人困惑不已。所以在后来,Java选择了学习C#和Scala的Lambda语法(http://www.infoq.com/cn/news/2011/09/java-lambda )这让人又对Java上实现优美的Lambda表达式燃起了一些希望。

言归正传,现在来说说Java8中的Lambda。


1.Functional Interface

Java8中实现Lambda表达式的方法是使用Functional Interface。Functional Interface是一个只包含一个抽象方法的接口,例如java.lang.Runnable就是一个Functional Interface,其中abstract关键字是可选的,因为run方法本身包含了一个空的方法体:

public abstract void run();


或是自定义一个

public interface Func {
R invoke(T arg);
}


同时需要使用新的Annotation:@FunctionalInterface 进行标记,编译器会在编译时进行检查,原理类似于@Override,呵呵。
使用Functional Interface实际上就是说Java依旧选择了匿名类来实现Lambda,虽然和C#的委托+匿名函数的做法不尽相同,但是也终于是实现了。不过对于实现高阶函数来说,没有匿名函数和闭包的支持终究使用起来有那么些别扭。


2.语法

Java Lambda语法如下:

(int x, int y) -> { return x + y; }
(x, y) -> x + y
x -> x * x
() -> x
x -> { System.out.println(x); }


对于C#程序员来说,一切都很熟悉(包括类型推演等完全照搬,只是把“=>”换成了“->”),相比于第一版Java lambda的语法,已经是相当大的改进了,这个可以鼓励一下。

3.使用方法

举例,某些方法例如Arrays.sort,接收类型为Comparator的参数,以前的话需要写很多代码:

Arrays.sort(strings, new Comparator() {
public int compare(String s1, String s2) {
int result = Integer.compare(s1.length(),s2.length());
return result;
}));


现在,中间的new Comparator()…就可以写成

Arrays.sort(strings, (s1 , s2) -> Integer.compare(s1.length(),s2.length());


对于不需要返回值的lambda语句,可以写成

Runnable r = () -> { System.out.println("Running!"); }



4.Java中Lambda表达式的硬伤

硬伤都是来源于Java Lambda中的限制


4.1 Checked Exception

首当其冲就是Checked Exception,Java Lambda规定如果Lambda中抛出了异常,那么这个异常一定要在Functional Interface中的abstract方法上定义。

void appendAll(Iterable values, Appendable out)
throws IOException { // 与lambda中的exception无关
values.forEach(s -> {
out.append(s); // 错误:这里不能抛出异常,因为Consumer.accept(T)没有如此约定
});
}


Checked Exception作为Java代码中的强制约定(方法契约的一部分),假如Lambda表达式中需要抛出异常而Functional Interface中又没有约定,对不起,请重新定义一个吧:

Public Interface RunnableWithException{
Public abstract void run () throws IOException;
}


异常类型千变万化,难道每一个异常都需要重新定义一个新的Interface?如果使用统一的thows Exception,那使用Checked Exception又有何意义?这的确是一个很尴尬的问题。


4.2 闭包中不支持非final的变量

对于操作lambda表达式外的变量,Java Lambda规定了闭包所使用的lambda函数体外的变量必须是“实际上是final的”,也就是说:

int x = 5;
return y -> x + y;


这样的语句是合法的,因为y -> x+y; 中虽然使用了x,但是x的值并没有改变过,所以称之为“实际上是final”的,在这里Java会默认int x = 5前面有一个final。

至于为什么要这么规定,可以参考这篇文章《警惕匿名方法造成的变量共享》,C#中lambda表达式形成的闭包中类级别的变量是可以共享的,而Java为了某些原因则限制了内部匿名类中的变量或引用必须是final(据说是final会直接放到GC根上而不允许改动)。

然后由此举出一个不合法的例子:

int count = 0;
List strings = Arrays.asList("a", "b", "c");
strings.forEach(s -> {
count++; // 错误:不能更改count的值
});


看出来了没,这样的限制简直是反人类啊。


4.3 无法使用lambda实例化抽象类

曾经在Java7的时候,lambda还是使用SAM(Single Abstract Method)而不是Functional Interface来实现的。如果一个类型为SAM类型,则意味着它 1) 是抽象类型(即接口或抽象类),且 2) 只有一个未实现的方法。目前Java平台的类库及框架中存在着大量的SAM类型,如果这样使用的话,无疑方便了类库的升级和兼容工作。而且还有些更方便的用法,比如:

Func[] array = new Func[10];
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
final int temp = i;
array[i] = int x -> x + temp ;
}


这样子可以一下子创建了许多实现Func接口的实例。

但是在Java8中则更改了使用SAM的实现方式,原因是设计者认为每次使用Lambda 的时候都会执行一些隐藏代码:抽象类的构造函数(http://mail.openjdk.java.net/pipermail/lambda-dev/2013-March/008441.html )。
所以你的代码必须从优美的:

Ordering order = (a, b) -> ...;
CacheLoader loader = (key) -> ...;


更改成:

Ordering order = Ordering.from((a, b) -> ...);
CacheLoader loader = CacheLoader.from((key) -> ...);


真是痛苦。
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