John Jiang

    Lambda表達(dá)式是自Java SE 5引入泛型以來(lái)最重大的Java語(yǔ)言新特性，本文是2012年度最后一期Java Magazine中的一篇文章，它介紹了Lamdba的設(shè)計(jì)初衷，應(yīng)用場(chǎng)景與基本語(yǔ)法。(2013.01.07最后更新)

    Lambda表達(dá)式，這個(gè)名字由該項(xiàng)目的專家組選定，描述了一種新的函數(shù)式編程結(jié)構(gòu)，這個(gè)即將出現(xiàn)在Java SE 8中的新特性正被大家急切地等待著。有時(shí)你也會(huì)聽到人們使用諸如閉包，函數(shù)直接量，匿名函數(shù)，及SAM(Single Abstract Method)這樣的術(shù)語(yǔ)。其中一些術(shù)語(yǔ)彼此之間會(huì)有一些細(xì)微的不同，但基本上它們都指代相同的功能。
    雖然一開始會(huì)覺得Lambda表達(dá)式看起來(lái)很陌生，但很容易就能掌握它。而且為了編寫可完全利用現(xiàn)代多核CPU的應(yīng)用程序，掌握Lambda表達(dá)式是至關(guān)重要的。
    需要牢記的一個(gè)關(guān)鍵概念就是，Lambda表達(dá)式是一個(gè)很小且能被當(dāng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞的函數(shù)。需要掌握的第二個(gè)概念就是，理解集合對(duì)象是如何在內(nèi)部進(jìn)行遍歷的，這種遍歷不同于當(dāng)前已有的外部順序化遍歷。
    在本文中，我們將向你展示Lambda表達(dá)式背后的動(dòng)因，應(yīng)用示例，當(dāng)然，還有它的語(yǔ)法。

為什么你需要Lambda表達(dá)式
    程序員需要Lambda表達(dá)式的原因主要有三個(gè)：
    1. 更緊湊的代碼
    2. 通過(guò)提供額外的功能對(duì)方法的功能進(jìn)行修改的能力
    3. 更好地支持多核處理

更緊湊的代碼
    Lambda表達(dá)式以一種簡(jiǎn)潔的方式去實(shí)現(xiàn)僅有一個(gè)方法的Java類。
    例如，如果代碼中有大量的匿名內(nèi)部類--諸如用于UI應(yīng)用中的監(jiān)聽器與處理器實(shí)現(xiàn)，以及用于并發(fā)應(yīng)用中的Callable與Runnable實(shí)現(xiàn)--在使用了Lambda表達(dá)式之后，將使代碼變得非常短，且更易于理解。

修改方法的能力
    有時(shí)，方法不具備我們想要的一些功能。例如，Collection接口中的contains()方法只有當(dāng)傳入的對(duì)象確實(shí)存在于該集合對(duì)象中時(shí)才會(huì)返回true。但我們無(wú)法去干預(yù)該方法的功能，比如，若使用不同的大小寫方案也可以認(rèn)為正在查找的字符串存在于這個(gè)集合對(duì)象中，我們希望此時(shí)contains()方法也能返回true。
    簡(jiǎn)單點(diǎn)兒說(shuō)，我們所期望做的就是"將我們自己的新代碼傳入"已有的方法中，然后再調(diào)用這個(gè)傳進(jìn)去的代碼。Lambda表達(dá)式提供了一種很好的途徑來(lái)代表這種被傳入已有方法且應(yīng)該還會(huì)被回調(diào)的代碼。

更好地支持多核處理
    當(dāng)今的CPU具備多個(gè)內(nèi)核。這就意味著，多線程程序能夠真正地被并行執(zhí)行，這完全不同于在單核CPU中使用時(shí)間共享這種方式。通過(guò)在Java中支持函數(shù)式編程語(yǔ)法，Lambda表達(dá)式能幫助你編寫簡(jiǎn)單的代碼去高效地應(yīng)用這些CPU內(nèi)核。
    例如，你能夠并行地操控大集合對(duì)象，通過(guò)利用并行編程模式，如過(guò)濾、映射和化簡(jiǎn)(后面將會(huì)很快接觸到這些模式)，就可使用到CPU中所有可用的硬件線程。

Lambda表達(dá)式概覽
    在前面提到的使用不同大小寫方案查找字符串的例子中，我們想做的就是把方法toLowerCase()的表示法作為第二個(gè)參數(shù)傳入到contains()方法中，為此需要做如下的工作：
    1. 找到一種途徑，可將代碼片斷當(dāng)作一個(gè)值(某種對(duì)象)進(jìn)行處理
    2. 找到一種途徑，將上述代碼片斷傳遞給一個(gè)變量
    換言之，我們需要將一個(gè)程序邏輯包裝到某個(gè)對(duì)象中，并且該對(duì)象可以被進(jìn)行傳遞。為了說(shuō)的更具體點(diǎn)兒，讓我們來(lái)看兩個(gè)基本的Lambda表達(dá)式的例子，它們都是可以被現(xiàn)有的Java代碼進(jìn)行替換的。

過(guò)濾
    你想傳遞的代碼片斷可能就是過(guò)濾器，這是一個(gè)很好的示例。例如，假設(shè)你正在使用(Java SE 7預(yù)覽版中的)java.io.FileFilter去確定目錄是否隸屬于給定的路徑，如清單1所示，
清單1

    在使用Lambda表達(dá)式之后，代碼會(huì)得到極大的簡(jiǎn)化，如清單2所示，
清單2

    賦值表達(dá)式的左邊會(huì)推導(dǎo)出類型(FileFilter)，右邊則看起來(lái)像FileFilter接口中accept()方法的一個(gè)縮小版，該方法會(huì)接受一個(gè)File對(duì)象，在判定f.isDirectory()之后返回一個(gè)布爾值。
    實(shí)際上，由于Lambda表達(dá)式利用了類型推導(dǎo)，基于后面的工作原理，我們還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化上述代碼。編譯器知道FileFilter只有唯一的方法accept()，所以它必定是該方法的實(shí)現(xiàn)。我們還知，accept()方法只需要一個(gè)File類型的參數(shù)。因此，f必定是File類型的。如清單3所示，
清單3

    你可以看到，使用Lambda表達(dá)式會(huì)大幅降低模板代碼的數(shù)量。
    一旦你習(xí)慣于使用Lambda表達(dá)式，它會(huì)使邏輯流程變得非常易于閱讀。在達(dá)到這一目的的關(guān)鍵方法之一就是將過(guò)濾邏輯置于使用該邏輯的方法的側(cè)邊。

事件處理器
    UI程序是另一個(gè)大量使用匿名內(nèi)部類的領(lǐng)域。讓我們將一個(gè)點(diǎn)擊監(jiān)聽器賦給一個(gè)按鈕，如清單4所示，
清單4

    這多么代碼無(wú)非是說(shuō)"當(dāng)點(diǎn)擊該按鈕時(shí)，調(diào)用該方法"。使用Lambda表達(dá)式就可寫出如清單5所示的代碼，
清單5

    該監(jiān)聽器在必要時(shí)可被復(fù)用，但如果它僅需被使用一次，清單6中的代碼則考慮了一種很好的方式。
清單6

    在這個(gè)例子中，這種使用額外花括號(hào)的語(yǔ)法有些古怪，但這是必須的，因?yàn)閍ctionPerformed()方法返回的是void，后面我們會(huì)看到與此有關(guān)的更多內(nèi)容。
    現(xiàn)在讓我們轉(zhuǎn)而關(guān)注Lambda表達(dá)式在編寫處理集合對(duì)象的新式代碼中所扮演的角色，尤其是當(dāng)針對(duì)兩種編程風(fēng)格，外部遍歷與內(nèi)部遍歷，之間的轉(zhuǎn)換的時(shí)候。

外部遍歷 vs. 內(nèi)部遍歷
    到目前為止，處理Java集合對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)方式是通過(guò)外部遍歷。之所以稱其為外部遍歷，是因?yàn)橐褂眉蠈?duì)象外部的控制流程去遍歷集合所包含的元素。這種傳統(tǒng)的處理集合的方式為多數(shù)Java程序員所熟知，盡管他們并不知道或不使用外部遍歷這個(gè)術(shù)語(yǔ)。
    如清單7所示，Java語(yǔ)言為增強(qiáng)的for循環(huán)構(gòu)造了一個(gè)外部迭代器，并使用這個(gè)迭代器去遍歷集合對(duì)象，
清單7
    使用這種方法，集合類代表著全部元素的一個(gè)"整體"視圖，并且該集合對(duì)象還能支持對(duì)任意元素的隨機(jī)訪問(wèn)，程序員可能會(huì)有這種需求。
    基于這種觀點(diǎn)，可通過(guò)調(diào)用iterator()方法去遍歷集合對(duì)象，該方法將返回集合元素類型的迭代器，該迭代器是針對(duì)同一集合對(duì)象的更具限制性的視圖。它沒(méi)有為隨機(jī)訪問(wèn)暴露任何接口；相反，它純粹是為了順序地訪問(wèn)集合元素而設(shè)計(jì)的。這種順序本性使得當(dāng)你試圖并發(fā)地訪問(wèn)集合對(duì)象時(shí)就會(huì)造成臭名昭著的ConcurrentModificationException。
    另一種可選的方案就是要求集合對(duì)象要能夠在內(nèi)部管理迭代器(或循環(huán))，這種方案就是內(nèi)部遍歷，當(dāng)使用Lambda表達(dá)式時(shí)會(huì)優(yōu)先選擇內(nèi)部遍歷。
    除了新的Lambda表達(dá)式語(yǔ)法以外，Lambda項(xiàng)目還包括一個(gè)經(jīng)過(guò)大幅升級(jí)的集合框架類庫(kù)。這次升級(jí)的目的是為了能更易于編寫使用內(nèi)部遍歷的代碼，以支持一系列眾所周知的函數(shù)式編程典范。

使用Lambda的函數(shù)式編程
    曾經(jīng)，大多數(shù)開發(fā)者發(fā)現(xiàn)他們需要集合能夠執(zhí)行如下一種或幾種操作：
    1. 創(chuàng)建一個(gè)新的集合對(duì)象，但要過(guò)濾掉不符合條件的元素。
    2. 對(duì)集合中的元素逐一進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并使用轉(zhuǎn)化后的集合。
    3. 創(chuàng)建集合中所有元素的某個(gè)屬性的總體值，例如，合計(jì)值與平均值。這樣的任務(wù)(分別稱之為過(guò)濾，映射和化簡(jiǎn))具有共通的要點(diǎn)：它們都需要處理集合中的每個(gè)元素。
    程序無(wú)論是判定某個(gè)元素是否存在，或是判斷元素是否符合某個(gè)條件(過(guò)濾)，或是將元素轉(zhuǎn)化成新元素并生成新集合(映射)，或是計(jì)算總體值(化簡(jiǎn))，關(guān)鍵原理就是"程序必須處理到集合中的每個(gè)元素"。
    這就暗示我們需要一種簡(jiǎn)單的途徑去表示用于內(nèi)部遍歷的程序。幸運(yùn)地是，Java SE 8為此類表示法提供了構(gòu)建語(yǔ)句塊。

Java SE 8中支持基本函數(shù)式編程的類
    Java SE 8中的一些類意在被用于實(shí)現(xiàn)前述的函數(shù)式典范，這些類包括Predicate，Mapper和Block--當(dāng)然，還有其它的一些類--它們都在一個(gè)新的java.util.functions包中。
    看看Predicate類的更多細(xì)節(jié)，該類常被用于實(shí)現(xiàn)過(guò)濾算法；將它作用于一個(gè)集合，以返回一個(gè)包含有符合謂語(yǔ)條件元素的新集合。何為謂語(yǔ)，有很多種解釋。Java SE 8認(rèn)為謂語(yǔ)是一個(gè)依據(jù)其變量的值來(lái)判定真或假的方法。
    再考慮一下我們之前看過(guò)的一個(gè)例子。給定一個(gè)字符串的集合，我們想判定它是否包含有指定的字符串，但希望字符串的比較是大小寫不敏感的。
    在Java SE 7中，我們將需要使用外部遍歷，其代碼將如清單8所示，
清單8

    而在即將發(fā)布的Java SE 8中，我們使用Predicate以及Collections類中一個(gè)新的助手方法(過(guò)濾器)就可寫出更為緊湊的程序，如清單9所示，
清單9

    事實(shí)上，如果使用更為通用的函數(shù)式編程風(fēng)格，你只需要寫一行代碼，如清單10所示，
清單10

    如你所見，代碼依然非常的易讀，并且我們也體會(huì)到了使用內(nèi)部遍歷的好處。
    最后，讓我們討論一下Lambda表達(dá)式語(yǔ)法的更多細(xì)節(jié)。

Lambda表達(dá)式的語(yǔ)法規(guī)則
    Lambda表達(dá)式的基本格式是以一個(gè)可被接受的參數(shù)列表開頭，以一些代碼(稱之為表達(dá)式體/body)結(jié)尾，并以箭頭(->)將前兩者分隔開。
    注意：Lambda表達(dá)式的語(yǔ)法仍可能會(huì)面臨改變，但在撰寫本文的時(shí)候，下面示例中所展示的語(yǔ)法是能夠正常工作的。
    Lambda表達(dá)式非常倚重類型推導(dǎo)，與Java的其它語(yǔ)法相比，這顯得極其不同尋常。
    讓我們進(jìn)一步考慮之前已經(jīng)看過(guò)的一個(gè)示例(請(qǐng)見清單11)。如果看看ActionListener的定義，可以發(fā)現(xiàn)它只有一個(gè)方法(請(qǐng)見清單12)。
清單11

清單12

    所以，在清單11右側(cè)的Lambda表達(dá)式，能夠很容易地理解為"這是針對(duì)僅聲明單個(gè)方法的接口的方法定義"。注意，仍然必須要遵守Java靜態(tài)類型的一般規(guī)則；這是使類型推導(dǎo)能正確工作的唯一途徑。
    據(jù)此可以發(fā)現(xiàn)，使用Lambda表達(dá)式可以將先前所寫的匿名內(nèi)部類代碼轉(zhuǎn)換更緊湊的代碼。
    還需要意識(shí)到有另一個(gè)怪異的語(yǔ)法。讓我們?cè)倩仡櫹律鲜鍪纠?，如清?3所示，
清單13

    僅一瞥之，它看起來(lái)與ActionListener的示例相似，但讓我們看看FileFilter接口的定義(請(qǐng)見清單14)。accept()方法會(huì)返回一個(gè)布爾值，但并沒(méi)有一個(gè)顯式的返回語(yǔ)句。相反，該返回值的類型是從Lambda表達(dá)式中推導(dǎo)出來(lái)的
清單14

    這就能解釋，當(dāng)方法返回類型為void時(shí)，為什么要進(jìn)行特別處理了。對(duì)于這種情形，Lambda表達(dá)式會(huì)使用一對(duì)額外的花括號(hào)去包圍住代碼部分(表達(dá)式體/body)。若沒(méi)有這種怪異的語(yǔ)法，類型推導(dǎo)將無(wú)法正常工作--但你要明白，這一語(yǔ)法可能會(huì)被改變。
    Lambda表達(dá)式的表達(dá)式體可以包含多條語(yǔ)句，對(duì)于這種情形，表達(dá)式體需要被小括號(hào)包圍住，但"被推導(dǎo)出的返回類型"這種語(yǔ)法將不啟作用，那么返回類型關(guān)鍵字就必不可少。
    最后還需要提醒你的是：當(dāng)前，IDE似乎還不支持Lambda語(yǔ)法，所以當(dāng)你第一次嘗試Lambda表達(dá)式時(shí)，必須要格外注意javac編譯器拋出的任何警告。

結(jié)論
    Lambda表達(dá)式是自Java SE 5引入泛型以來(lái)最重大的Java語(yǔ)言新特性。應(yīng)用得當(dāng)，Lambda表達(dá)式可使你寫出簡(jiǎn)潔的代碼，為已有方法增加額外的功能，并能更好地適應(yīng)多核處理器。到目前為止，我們能肯定的是，你正急切地想去嘗試Lambda表達(dá)式，所以咱也別啰嗦了...
    你可以從Lambda項(xiàng)目的主頁(yè)中獲得包含有Lambda表達(dá)式的Java SE 8快照版。同樣地，在試用二進(jìn)制包時(shí)，你也應(yīng)該先閱讀一下"Lambda項(xiàng)目狀態(tài)"的相關(guān)文章，可以在此處找到它們。