aliases: [JAVA Lambda]
tags   : " #Java "
summary: [如何使用函數式編程寫出優雅高效的JAVA代碼]
author : [yaenli]
date   : [2022-11-10]

1 簡介

簡潔的代碼就能處理大型數據集合，讓複雜的集合處理演算法高效的運行在多核CPU上。

面向對象編程是對數據進行抽象，而函數式編程是對行為進行抽象，能編寫出更易讀的代碼——這種代碼更多地表達了業務邏輯的意圖，而不是它的實現機制。

寫回調函數和事件處理程式時，程式員不必再糾纏於匿名內部類的冗繁和可讀性，函數式編程讓事件處理系統變得更加簡單。能將函數方便地傳遞也讓編寫惰性代碼變得容易，惰性代碼在真正需要時才初始化變數的值。

函數式編程核心思想：在思考問題時，使用不可變值和函數，函數對一個值進行處理，映射成另一個值。

2 Lambda 表達式

2.1 Lambda 表達式的基本形式

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");
    }
});

這是一個代碼即數據的例子，給按鈕傳遞了代表某種行為的對象。設計匿名內部類的目的，就是為了方便 Java 程式員將代碼作為數據傳遞。

例2-2：使用 Lambda 表達式將行為和按鈕單擊進行關聯

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

Lambda 特點

• 傳入了一段代碼塊（無名函數），event是參數名，->將參數和主體分開。
• 聲明 event 參數的方式，匿名內部類需要顯示聲明參數類型，而 Lambda 表達式中無需指定類型，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）在後臺推斷出了參數 event 的類型。這意味著如果參數類型不言而明，則無需顯式指定。

Java 仍然是一種靜態類型語言。聲明參數時也可以包括類型信息，而且有時編譯器不一定能根據上下文推斷出參數的類型！

2.2 Lambda 表達式的變種

例2-3：Lambda 表達式的不同形式

// 1 不含參數，且返回類型為void
Runnable noArguments = () -> System.out.println("Hello World"); 

// 2 一個參數，可省略括弧
ActionListener oneArgument = event -> System.out.println("button clicked"); 

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

// 4 創建了一個函數，用來計算兩個數字相加的結果。變數 add 的類型是 BinaryOperator<Long> ，它不是兩個數字的和，而是將兩個數字相加的那行代碼。
BinaryOperator<Long> add = (x, y) -> x + y; 

// 5 需要顯示聲明參數類型時，用()
BinaryOperator<Long> addExplicit = (Long x, Long y) -> x + y; 

目標類型是指 Lambda 表達式的類型，依賴於上下文環境，由編譯器推斷而來。比如，將 Lambda 表達式賦值給一個局部變數，或傳遞給一個方法作為參數，局部變數或方法參數的類型就是 Lambda 表達式的目標類型。

Java 中初始化數組時，數組的類型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，才能知道它的類型。

2.3 Lambda 的引用類型

Lambda 表達式引用的是值，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 表達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 無需顯示聲明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 表達式的類型

Lambda 表達式的類型是函數介面。

函數介面是只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 就是一個函數介面，actionPerformed 定義在一個介面里，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 表達式的類型匹配即可。

表2-1：JDK8 中重要的函數介面

2.5 Lambda 表達式的類型推斷

Lambda 表達式中的類型推斷，實際上是 Java 7 就引入的目標類型推斷的擴展。

例2-6：使用菱形操作符，根據變數類型做推斷

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

如果將構造函數直接傳遞給一個方法，也可根據方法簽名來推斷類型。

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 中對類型推斷系統做了提升。上面的例子將 new HashMap<>()傳給 useHashmap 方法，即使編譯器擁有足夠的信息，也無法在 Java 7 中通過編譯。

類型推斷：JAVA8中，程式員可省略 Lambda 表達式中的所有參數類型。javac 根據 Lambda 表達式上下文信息就能推斷出參數的正確類型。程式依然要經過類型檢查來保證運行的安全性，但不用再顯式聲明類型。

例2-8：Predicate類型推斷

// Predicate 介面的源碼，接受一個對象，返回一個布爾值
public interface Predicate<T> {
	boolean test(T t);
}

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

例2-9：BinaryOperator類型推斷

// BinaryOperator 介面源碼，接受兩個對象，返回一個對象,泛型參數既是入參類型，也是返回類型
public interface BinaryOperator<T> extends BiFunction<T,T,T> {}
public interface BiFunction<T, U, R> {
    R apply(T t, U u);
}

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

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

2.6 總結

• Lambda 表達式是一個匿名方法，將行為像數據一樣進行傳遞。
• Lambda 表達式的常見結構：BinaryOperator<Integer> add = (x, y) → x + y 。
• Lambda 表達式的類型是函數介面，指僅具有單個抽象方法的介面。

練習：使用 ThreadLocal 創建一個線程安全的 DateFormatter 對象

ThreadLocal 作為容器保存當前線程的局部變數，JAVA8 中新增了工廠方法，可以不用再使用繼承；
DateFormatter 非線程安全

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 參考資料

《Java 8函數式編程》- 作者：[英]沃伯頓；譯者：王群鋒