aliases: [JAVA Lambda]
tags   : " #Java "
summary: [如何使用函數語言程式設計寫出優雅高效的JAVA程式碼]
author : [yaenli]
date   : [2022-11-10]

1 簡介

簡潔的程式碼就能處理大型資料集合，讓複雜的集合處理演算法高效的執行在多核CPU上。

面向物件程式設計是對資料進行抽象，而函數語言程式設計是對行為進行抽象，能編寫出更易讀的程式碼——這種程式碼更多地表達了業務邏輯的意圖，而不是它的實現機制。

寫回調函式和事件處理程式時，程式設計師不必再糾纏於匿名內部類的冗繁和可讀性，函數語言程式設計讓事件處理系統變得更加簡單。能將函式方便地傳遞也讓編寫惰性程式碼變得容易，惰性程式碼在真正需要時才初始化變數的值。

函數語言程式設計核心思想：在思考問題時，使用不可變值和函式，函式對一個值進行處理，對映成另一個值。

2 Lambda 表示式

2.1 Lambda 表示式的基本形式

例2-1：使用匿名內部類將行為和按鈕單擊進行關聯

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

這是一個程式碼即資料的例子，給按鈕傳遞了代表某種行為的物件。設計匿名內部類的目的，就是為了方便 Java 程式設計師將程式碼作為資料傳遞。

例2-2：使用 Lambda 表示式將行為和按鈕單擊進行關聯

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

Lambda 特點

• 傳入了一段程式碼塊（無名函式），event是引數名，->將引數和主體分開。
• 宣告 event 引數的方式，匿名內部類需要顯示宣告引數型別，而 Lambda 表示式中無需指定型別，程式依然可以編譯。這是因為 javac 根據程式的上下文（ addActionListener 方法的簽名）在後臺推斷出了引數 event 的型別。這意味著如果引數型別不言而明，則無需顯式指定。

Java 仍然是一種靜態型別語言。宣告引數時也可以包括型別資訊，而且有時編譯器不一定能根據上下文推斷出引數的型別！

2.2 Lambda 表示式的變種

例2-3：Lambda 表示式的不同形式

// 1 不含引數，且返回型別為void
Runnable noArguments = () -> System.out.println("Hello World"); 

// 2 一個引數，可省略括號
ActionListener oneArgument = event -> System.out.println("button clicked"); 

// 3 主體不僅可以是表示式，也可以是程式碼塊{}，塊中可以返回或拋異常
Runnable multiStatement = () -> { 
	System.out.print("Hello");
	System.out.println(" World");
};

// 4 建立了一個函式，用來計算兩個數字相加的結果。變數 add 的型別是 BinaryOperator<Long> ，它不是兩個數字的和，而是將兩個數字相加的那行程式碼。
BinaryOperator<Long> add = (x, y) -> x + y; 

// 5 需要顯示宣告引數型別時，用()
BinaryOperator<Long> addExplicit = (Long x, Long y) -> x + y; 

目標型別是指 Lambda 表示式的型別，依賴於上下文環境，由編譯器推斷而來。比如，將 Lambda 表示式賦值給一個區域性變數，或傳遞給一個方法作為引數，區域性變數或方法引數的型別就是 Lambda 表示式的目標型別。

Java 中初始化陣列時，陣列的型別就是根據上下文推斷出來的。另一個常見的例子是 null ，只有將 null 賦值給一個變數，才能知道它的型別。

2.3 Lambda 的引用型別

Lambda 表示式引用的是值，而不是變數。

Lambda 和匿名內部類一樣，在引用外部變數時，該變數必須是終態變數。如下是正確和錯誤示例：

例2-4：Lambda 表示式中引用既成事實上的 final 變數

// 編譯通過
String name = getUserName(); // final變數
button.addActionListener(event -> System.out.println("hi " + name));

// 編譯錯誤
String name = getUserName();
name = formatUserName(name); // 非終態變數
button.addActionListener(event -> System.out.println("hi " + name));

Java 8 無需顯示宣告final，但是該變數必須是既成事實上的終態變數(final)，否則編譯器會報錯。是否顯示的使用final，取決於個人喜好。

2.4 Lambda 表示式的型別

Lambda 表示式的型別是函式介面。

函式介面是隻有一個抽象方法的介面.

例2-5： ActionListener 介面

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

ActionListener 就是一個函式介面，actionPerformed 定義在一個接口裡，因此 abstract 關鍵字不是必需
的。該介面也繼承自一個不具有任何方法的父介面： EventListener 。

介面中單一方法的命名並不重要，只要方法簽名和 Lambda 表示式的型別匹配即可。

表2-1：JDK8 中重要的函式介面

2.5 Lambda 表示式的型別推斷

Lambda 表示式中的型別推斷，實際上是 Java 7 就引入的目標型別推斷的擴充套件。

例2-6：使用菱形操作符，根據變數型別做推斷

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

如果將建構函式直接傳遞給一個方法，也可根據方法簽名來推斷型別。

例2-7：使用菱形操作符，根據方法簽名做推斷

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

Java 8 中對型別推斷系統做了提升。上面的例子將 new HashMap<>()傳給 useHashmap 方法，即使編譯器擁有足夠的資訊，也無法在 Java 7 中通過編譯。

型別推斷：JAVA8中，程式設計師可省略 Lambda 表示式中的所有引數型別。javac 根據 Lambda 表示式上下文資訊就能推斷出引數的正確型別。程式依然要經過型別檢查來保證執行的安全性，但不用再顯式宣告型別。

例2-8：Predicate型別推斷

// Predicate 介面的原始碼，接受一個物件，返回一個布林值
public interface Predicate<T> {
	boolean test(T t);
}

// x被推斷為Integer， javac 還檢查Lambda 表示式的返回值是不是 boolean
Predicate<Integer> atLeast5 = x -> x > 5; 

例2-9：BinaryOperator型別推斷

// BinaryOperator 介面原始碼，接受兩個物件，返回一個物件,泛型引數既是入參型別，也是返回型別
public interface BinaryOperator<T> extends BiFunction<T,T,T> {}
public interface BiFunction<T, U, R> {
    R apply(T t, U u);
}

// x,y推斷為Long，並返回Long
BinaryOperator<Long> addLongs = (x, y) -> x + y;

// 以下程式碼編譯報錯：Operator '& #x002B;' cannot be applied to java.lang.Object, java.lang.Object. 沒有給出add的泛型資訊，編譯器認為都是Object。
BinaryOperator add = (x, y) -> x + y; 

2.6 總結

• Lambda 表示式是一個匿名方法，將行為像資料一樣進行傳遞。
• Lambda 表示式的常見結構：BinaryOperator<Integer> add = (x, y) → x + y 。
• Lambda 表示式的型別是函式介面，指僅具有單個抽象方法的介面。

練習：使用 ThreadLocal 建立一個執行緒安全的 DateFormatter 物件

ThreadLocal 作為容器儲存當前執行緒的區域性變數，JAVA8 中新增了工廠方法，可以不用再使用繼承；
DateFormatter 非執行緒安全

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 參考資料

《Java 8函數語言程式設計》- 作者：[英]沃伯頓；譯者：王群鋒