aliases: [JAVA Lambda]
tags   : " #Java "
summary: [如何使用函式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資料集合，讓復雜的集合處理演算法高效的運行在多核CPU上，

面向物件編程是對資料進行抽象，而函式式編程是對行為進行抽象，能撰寫出更易讀的代碼——這種代碼更多地表達了業務邏輯的意圖，而不是它的實作機制，

寫回呼函式和事件處理程式時，程式員不必再糾纏于匿名內部類的冗繁和可讀性，函式式編程讓事件處理系統變得更加簡單，能將函式方便地傳遞也讓撰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，

函式式編程核心思想：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，映射成另一個值，

2 Lambda 運算式

2.1 Lambda 運算式的基本形式

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 程式員將代碼作為資料傳遞，

例2-2：使用 Lambda 運算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 運算式中無需指定型別，程式依然可以編譯，這是因為 javac 根據程式的背景關系（ addActionListener 方法的簽名）在后臺推斷出了引數 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背景關系推斷出引數的型別！

2.2 Lambda 運算式的變種

例2-3：Lambda 運算式的不同形式

// 1 不含引數，且回傳型別為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 主體不僅可以是運算式，也可以是代碼塊{}，塊中可以回傳或拋例外
Runnable multiStatement = () -> { 
	System.out.print("Hello");
	System.out.println(" World");
};

// 4 創建了一個函式，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代碼，
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 運算式的型別，依賴于背景關系環境，由編譯器推斷而來，比如，將 Lambda 運算式賦值給一個區域變數，或傳遞給一個方法作為引數，區域變數或方法引數的型別就是 Lambda 運算式的目標型別，

Java 中初始化陣列時，陣列的型別就是根據背景關系推斷出來的，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 的參考型別

Lambda 運算式參考的是值，而不是變數，

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

例2-4：Lambda 運算式中參考既成事實上的 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，取決于個人喜好，

2.4 Lambda 運算式的型別

Lambda 運算式的型別是函式介面，

函式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 就是一個函式介面，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并不重要，只要方法簽名和 Lambda 運算式的型別匹配即可，

表2-1：JDK8 中重要的函式介面

2.5 Lambda 運算式的型別推斷

Lambda 運算式中的型別推斷，實際上是 Java 7 就引入的目標型別推斷的擴展，

例2-6：使用菱形運算子，根據變數型別做推斷

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

如果將建構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：使用菱形運算子，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，程式員可省略 Lambda 運算式中的所有引數型別，javac 根據 Lambda 運算式背景關系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運行的安全性，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，回傳一個布林值
public interface Predicate<T> {
	boolean test(T t);
}

// x被推斷為Integer， javac 還檢查Lambda 運算式的回傳值是不是 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，回傳一個物件,泛型引數既是入參型別，也是回傳型別
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，并回傳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的泛型資訊，編譯器認為都是Object，
BinaryOperator add = (x, y) -> x + y; 

2.6 總結

• Lambda 運算式是一個匿名方法，將行為像資料一樣進行傳遞，
• Lambda 運算式的常見結構：BinaryOperator<Integer> add = (x, y) → x + y ，
• Lambda 運算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 創建一個執行緒安全的 DateFormatter 物件

ThreadLocal 作為容器保存當前執行緒的區域變數，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函式式編程》- 作者：[英]沃伯頓；譯者：王群鋒

標籤：Java

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