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探索Java語言與JVM中的Lambda表達式

2013-11-23 19:10:00  來源: Java核心技術 

  Lambda表達式是自Java SE 引入泛型以來最重大的Java語言新特性本文是年度最後一期Java Magazine中的一篇文章它介紹了Lamdba的設計初衷應用場景與基本語法

  Lambda表達式這個名字由該項目的專家組選定描述了一種新的函數式編程結構這個即將出現在Java SE 中的新特性正被大家急切地等待著有時你也會聽到人們使用諸如閉包函數直接量匿名函數及SAM(Single Abstract Method)這樣的術語其中一些術語彼此之間會有一些細微的不同但基本上它們都指代相同的功能

  雖然一開始會覺得Lambda表達式看起來很陌生但很容易就能掌握它而且為了編寫可完全利用現代多核CPU的應用程序掌握Lambda表達式是至關重要的

  需要牢記的一個關鍵概念就是Lambda表達式是一個很小且能被當作數據進行傳遞的函數需要掌握的第二個概念就是理解集合對象是如何在內部進行遍歷的這種遍歷不同於當前已有的外部順序化遍歷

  在本文中我們將向你展示Lambda表達式背後的動因應用示例當然還有它的語法

  為什麼你需要Lambda表達式

  程序員需要Lambda表達式的原因主要有三個

   更緊湊的代碼

   通過提供額外的功能對方法的功能進行修改的能力

   更好地支持多核處理

  更緊湊的代碼

  Lambda表達式以一種簡潔的方式去實現僅有一個方法的Java類

  例如如果代碼中有大量的匿名內部類諸如用於UI應用中的監聽器與處理器實現以及用於並發應用中的Callable與Runnable實現在使用了Lambda表達式之後將使代碼變得非常短且更易於理解

  修改方法的能力

  有時方法不具備我們想要的一些功能例如Collection接口中的contains()方法只有當傳入的對象確實存在於該集合對象中時才會返回true但我們無法去干預該方法的功能比如若使用不同的大小寫方案也可以認為正在查找的字符串存在於這個集合對象中我們希望此時contains()方法也能返回true

  簡單點兒說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後再調用這個傳進去的代碼Lambda表達式提供了一種很好的途徑來代表這種被傳入已有方法且應該還會被回調的代碼

  更好地支持多核處理

  當今的CPU具備多個內核這就意味著多線程程序能夠真正地被並行執行這完全不同於在單核CPU中使用時間共享這種方式通過在Java中支持函數式編程語法Lambda表達式能幫助你編寫簡單的代碼去高效地應用這些CPU內核

  例如你能夠並行地操控大集合對象通過利用並行編程模式如過濾映射和化簡(後面將會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參數傳入到contains()方法中為此需要做如下的工作

   找到一種途徑可將代碼片斷當作一個值(某種對象)進行處理

   找到一種途徑將上述代碼片斷傳遞給一個變量

  換言之我們需要將一個程序邏輯包裝到某個對象中並且該對象可以被進行傳遞為了說的更具體點兒讓我們來看兩個基本的Lambda表達式的例子它們都是可以被現有的Java代碼進行替換的

  過濾

  你可能想傳遞的代碼片斷可能就是過濾器了這是一個很好的示例例如假設你正在使用(Java SE 預覽版中的)javaioFileFilter去確定目錄隸屬於給定的路徑如清單所示

  清單

  File dir = new File(/an/interesting/location/

  FileFilter directoryFilter = new FileFilter() {

  public boolean accept(File file) {

  return fileisDirectory()

  }

  };

  File[] directories = dirlistFiles(directoryFilter)

  在使用Lambda表達式之後代碼會得到極大的簡化如清單所示

  清單

  File dir = new File(/an/interesting/location/

  FileFilter directoryFilter = (File f) > fisDirectory()

  File[] directories = dirlistFiles(directoryFilter)

  賦值表達式的左邊會推導出類型(FileFilter)右邊則看起來像FileFilter接口中accept()方法的一個縮小版該方法會接受一個File對象在判定fisDirectory()之後返回一個布爾值

  實際上由於Lambda表達式利用了類型推導基於後面的工作原理我們還可以進一步簡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現我們還知accept()方法只需要一個File類型的參數因此f必定是File類型的如清單所示

  清單

  File dir = new File(/an/interesting/location/

  File[] directories = dirlistFiles(f > fisDirectory())

  你可以看到使用Lambda表達式會大幅降低模板代碼的數量

  一旦你習慣於使用Lambda表達式它會使邏輯流程變得非常易於閱讀在達到這一目的的關鍵方法之一就是將過濾邏輯置於使用該邏輯的方法的側邊

  事件處理器

  UI程序是另一個大量使用匿名內部類的領域讓我們將一個點擊監聽器賦給一個按鈕如清單所示

  清單

  Button button = new Button()

  buttonaddActionListener(new ActionListener() {

  public void actionPerformed(ActionEvent e) {

  uishowSomething()

  }

  })

  這多麼代碼無非是說當點擊該按鈕時調用該方法使用Lambda表達式就可寫出如清單所示的代碼

  清單

  ActionListener listener = event > {uishowSomething()};

  buttonaddActionListener(listener)

  該監聽器在必要時可被復用但如果它僅需被使用一次清單中的代碼則考慮了一種很好的方式

  清單

  buttonaddActionListener(event > {uishowSomething()})

  在這個例子中這種使用額外花括號的語法有些古怪但這是必須的因為actionPerformed()方法返回的是void後面我們會看到與此有關的更多內容

  現在讓我們轉而關注Lambda表達式在編寫處理集合對象的新式代碼中所扮演的角色尤其是當針對兩種編程風格外部遍歷與內部遍歷之間的轉換的時候

  外部遍歷 vs 內部遍歷

  到目前為止處理Java集合對象的標准方式是通過外部遍歷之所以稱其為外部遍歷是因為要使用集合對象外部的控制流程去遍歷集合所包含的元素這種傳統的處理集合的方式為多數Java程序員所熟知盡管他們並不知道或不使用外部遍歷這個術語

  如清單所示Java語言為增強的for循環構造了一個外部迭代器並使用這個迭代器去遍歷集合對象

  清單

  List<String> myStrings = getMyStrings()

  for (String myString : myStrings) {

  if (ntains(possible))

  Systemoutprintln(myString + contains + possible)

  }

  }

  使用這種方法集合類代表著全部元素的一個整體視圖並且該集合對象還能支持對任意元素的隨機訪問程序員可能會有這種需求

  基於這種觀點可通過調用iterator()方法去遍歷集合對象該方法將返回集合元素類型的迭代器該迭代器是針對同一集合對象的更具限制性的視圖它沒有為隨機訪問暴露任何接口相反它純粹是為了順序地訪問集合元素而設計的這種順序本性使得當你試圖並發地訪問集合對象時就會造成臭名昭著的ConcurrentModificationException

  另一種可選的方案就是要求集合對象要能夠在內部管理迭代器(或循環)這種方案就是內部遍歷當使用Lambda表達式時會優先選擇內部遍歷

  除了新的Lambda表達式語法以外Lambda項目還包括一個經過大幅升級的集合框架類庫這次升級的目的是為了能更易於編寫使用內部遍歷的代碼以支持一系列眾所周知的函數式編程典范

  使用Lambda的函數式編程

  曾經大多數開發者發現他們需要集合能夠執行如下一種或幾種操作

   創建一個新的集合對象但要過濾掉不符合條件的元素

   對集合中的元素逐一進行轉化並使用轉化後的集合

   創建集合中所有元素的某個屬性的總體值例如合計值與平均值這樣的任務(分別稱之為過濾映射和化簡)具有共通的要點它們都需要處理集合中的每個元素

  程序無論是判定某個元素是否存在或是判斷元素是否符合某個條件(過濾)或是將元素轉化成新元素並生成新集合(映射)或是計算總體值(化簡)關鍵原理就是程序必須處理到集合中的每個元素

  這就暗示我們需要一種簡單的途徑去表示用於內部遍歷的程序幸運地是Java SE 為此類表示法提供了構建語句塊

  支持基本函數式編程的Java SE

  Java SE 中的一些類意在被用於實現前述的函數式典范這些類包括PredicateMapper和Block當然還有其它的一些類它們都在一個新的javautilfunctions包中

  看看Predicate類的更多細節該類常被用於實現過濾算法將它作用於一個集合以返回一個包含有符合謂語條件元素的新集合何為謂語有很多種解釋Java SE 認為謂語是一個依據其變量的值來判定真或假的方法

  再考慮一下我們之前看過的一個例子給定一個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 我們將需要使用外部遍歷其代碼將如清單所示

  清單

  public void printMatchedStrings(List<String> myStrings) {

  List<String> out = new ArrayList<>()

  for (String s: myStrings) {

  if (sequalsIgnoreCase(possible))

  outadd(s)

  }

  log(out)

  }

  而在即將發布的Java SE 我們使用Predicate以及Collections類中一個新的助手方法(過濾器)就可寫出更為緊湊的程序如清單所示

  清單

  public void printMatchedStrings() {

  Predicate<String> matched = s > sequalsIgnoreCase(possible)

  log(myStringsfilter(matched))

  }

  事實上如果使用更為通用的函數式編程風格你只需要寫一行代碼如清單所示

  清單

  public void printMatchedStrings() {

  log(myStringsfilter(s > sequalsIgnoreCase(possible)))

  }

  如你所見代碼依然非常的易讀並且我們也體會到了使用內部遍歷的好處

  最後讓我們討論一下Lambda表達式語法的更多細節

  Lambda表達式的語法規則

  Lambda表達式的基本格式是以一個可被接受的參數列表開頭以一些代碼(稱之為表達式體/body)結尾並以箭頭(>)將前兩者分隔開

  注意Lambda表達式的語法仍可能會面臨改變但在撰寫本文的時候下面示例中所展示的語法是能夠正常工作的

  Lambda表達式非常倚重類型推導與Java的其它語法相比這顯得極其不同尋常

  讓我們進一步考慮之前已經看過的一個示例(請見清單如果看看ActionListener的定義可以發現它只有一個方法(請見清單

  清單

  ActionListener listener = event > {uishowSomething()};

  清單

  public interface ActionListener {

  public void actionPerformed(ActionEvent event)

  }

  所以在清單右側的Lambda表達式能夠很容易地理解為這是針對僅聲明單個方法的接口的方法定義注意仍然必須要遵守Java靜態類型的一般規則這是使類型推導能正確工作的唯一途徑

  據此可以發現使用Lambda表達式可以將先前所寫的匿名內部類代碼轉換更緊湊的代碼

  還需要意識到有另一個怪異的語法讓我們再回顧下上述示例如清單所示

  清單

  FileFilter directoryFilter = (File f) > fisDirectory()

  僅一瞥之它看起來與ActionListener的示例相似但讓我們看看FileFilter接口的定義(請見清單accept()方法會返回一個布爾值但並沒有一個顯式的返回語句相反該返回值的類型是從Lambda表達式中推導出來的

  清單

  public interface FileFilter {

  public boolean accept(File pathname)

  }

  這就能解釋當方法返回類型為void時為什麼要進行特別處理了對於這種情形Lambda表達式會使用一對額外的小括號去包住代碼部分(表達式體/body)若沒有這種怪異的語法類型推導將無法正常工作但你要明白這一語法可能會被改變

  Lambda表達式的表達式體可以包含多條語句對於這種情形表達式體需要被小括號包圍住被推導出的返回類型這種語法將不啟作用那麼返回類型關鍵字就必不可少

  最後還需要提醒你的是當前IDE似乎還不支持Lambda語法所以當你第一次嘗試Lambda表達式時必須要格外注意javac編譯器拋出的任何警告

  結論

  Lambda表達式是自Java SE 引入泛型以來最重大的Java語言新特性應用得當Lambda表達式可使你寫出簡潔的代碼為已有方法增加額外的功能並能更好地適應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表達式所以咱也別啰嗦了…

  你可以從Lambda項目的主頁中獲得包含有Lambda表達式的Java SE 快照版同樣地在試用二進制包時你也應該先閱讀一下Lambda項目狀態的相關文章可以在此處找到它們


From:http://tw.wingwit.com/Article/program/Java/hx/201311/26388.html
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