Java 8为什么需要Lambda表达式

函数编程在C#、Python、JavaScript中都得到充分体现。而Java直到最新的Java 8才开始正式支持函数编程，最明显的改进就是对Lamba表达式的支持。正如C#之父Anders Hejlsberg在那篇文章 编程语言大趋势 中所讲，未来的编程语言将逐渐融合各自的特性，而不存在单纯的声明式语言（如之前的Java）或者函数编程语言。将来声明式编程语言借鉴函数编程思想，函数编程语言融合声明式编程特性...这几乎是一种必然趋势。如下图所示：

                                      

                                                影响力较大的三个趋势

    那具体而言我们为什么需要Lambda表达式呢？难道Java的OO和命令式编程（imperative programming）特性不够强大吗？下面让我们来分析下其原因。

1、内部循环和外部循环

     先看一个大家耳熟能详的例子：

1List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);

2 

3for (int number : numbers) {

4    System.out.println(number);

5}

    是不是很常见呢？这个叫外部循环（External Iteration）。但是外循环有什么问题呢？简单来说存在下面三个缺点：

1. 只能顺序处理List中的元素（process one by one）
2. 不能充分利用多核CPU
3. 不利于编译器优化

    而如果利用内部循环，代码写成下面这样：

1List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);

2 

3numbers.forEach((Integer value) -> System.out.println(value));

    这样就能规避上面的三个问题：

1. 不一定需要顺序处理List中的元素，顺序可以不确定
2. 可以并行处理，充分利用多核CPU的优势
3. 有利于JIT编译器对代码进行优化

    类似的C#从4.0版本开始也支持集合元素并行处理，代码如下：

1List<int> nums = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };

2Parallel.ForEach(nums, (value) =>

3{

4   Console.WriteLine(value);

5});

2、传递行为，而不仅仅是传值

     如果你使用C#有一段时间的话，那么你很可能已经明白这个标题的意思了。在C#中，经常看到一些函数的参数是Action或者Func类型，比如下面这个：

01public class ArticleDac {

02   ...

03   public Article GetArticles(Func<IDbSet<Article>, Article> func)   // 这里传递的就是行为

04   {

05      using(var db = xx) {

06         return func(db.Articles);

07      } 

08   }

09   ...

10}

11// 下面是调用

12int articleId = 119;

13var firstArticle = new ArticleDac().GetArticles(

14    articleDbSet =>

15    articleDbSet.AsQueryable().FirstOrDefault(x => x.id == articleId)

16);

     看不懂？没关系。我们先来看一个体现传值局限性的场景吧，上代码：

1List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);

2 

3public int sumAll(List<Integer> numbers) {

4    int total = 0;

5    for (int number : numbers) {

6        total += number;

7    }

8    return total;

9}

     sumAll算法很简单，完成的是将List中所有元素相加。某一天如果我们需要增加一个对List中所有偶数求和的方法sumAllEven，如下：

1public int sumAllEven(List<Integer> numbers) {

2    int total = 0;

3    for (int number : numbers) {

4        if (number % 2 == 0) {

5            total += number;

6        }

7    }

8    return total;

9}

     又有一天，我们需要增加第三个方法：对List中所有大于3的元素求和，那是不是继续加下面的方法呢?

1public int sumAllEven(List<Integer> numbers) {

2    int total = 0;

3    for (int number : numbers) {

4        if (number > 3) {

5            total += number;

6        }

7    }

8    return total;

9}

     比较这三个方法，我们发现了一个很明显的“代码臭味”—— 代码重复（详情参考《重构》），三个方法的唯一区别之处在于if判断这一行代码。如果脱离这里的上下文，我们会怎么做呢？我首先会先想到利用策略模式重构代码如下：

01public interface Strategy {

02   public boolean test(int num);

03}

04 

05public class SumAllStrategy {

06   public boolean test(int num) {

07      return true;

08   }

09}

10 

11public class SumAllEvenStrategy {

12   public boolean test(int num) {

13      return num % 2 == 0;

14   }

15}

16 

17public class ContextClass {

18   private Strategy stragegy = null;

19   private final static Strategy DEFAULT_STRATEGY = new SumAllStrategy();

20 

21   public ContextClass() {

22      this(null);

23   }

24 

25   public ContextClass(Stragegy stragegy) {

26      if(strategy != null) {

27         this.strategy = strategy;

28      }

29      else {

30         this.strategy = DEFAULT_STRATEGY;

31      }

32   }

33 

34   public int sumAll(List<Integer> numbers) {

35      int total = 0;

36      for (int number : numbers) {

37         if (strategy.test(number)) {

38            total += number;

39         }

40      }

41 

42      return total;

43   }

44}

45 

46 

47// 调用

48ContextClass context = new ContextClass();

49context.sumAll(numbers);

     设计模式在这里发挥了作用，OO特性还是蛮强大的！但是这是唯一的解决方案吗（当然不考虑用其他设计模式来解决，因为都是OO范畴！）？当然有，该轮到Java 8 Lambda表达式中的谓词（Predicate）该发挥作用了！

01public int sumAll(List<Integer> numbers, Predicate<Integer> p) {

02    int total = 0;

03    for (int number : numbers) {

04        if (p.test(number)) {

05            total += number;

06        }

07    }

08    return total;

09}

10 

11sumAll(numbers, n -> true);

12sumAll(numbers, n -> n % 2 == 0);

13sumAll(numbers, n -> n > 3);

      代码是不是比上面简洁很多了？语义应该也很明确，就不多解释了，如果实在看不懂，请参考我的另外一篇文章：http://www.cnblogs.com/feichexia/archive/2012/11/15/Java8_LambdaExpression.html 从这里也可以看出未引入Lambda表达式之前的Java代码的冗长（Java这点被很多人诟病）。

     当然C#早已经支持这种用法，用C#改写上面的代码如下，是不是与上面的代码极其类似呢？

01public int SumAll(List<int> numbers, Func<int, bool> func) {

02    var total = 0;

03    foreach (var number in numbers) {

04        if (func(number)) {

05            total += number;

06        }

07    }

08 

09    return total;

10}

11 

12SumAll(numbers, n => true);

13SumAll(numbers, n => n % 2 == 0);

14SumAll(numbers, n => n > 3);

3、Consumer与Loan Pattern

     比如我们有一个资源类Resource：

01public class Resource {

02 

03    public Resource() {

04        System.out.println("Opening resource");

05    }

06 

07    public void operate() {

08        System.out.println("Operating on resource");

09    }

10 

11    public void dispose() {

12        System.out.println("Disposing resource");

13    }

14}

      我们必须这样调用：

1Resource resource = new Resource();

2try {

3    resource.operate();

4} finally {

5    resource.dispose();

6}

     因为对资源对象resource执行operate方法时可能抛出RuntimeException，所以需要在finally语句块中释放资源，防止可能的内存泄漏。

     但是有一个问题，如果很多地方都要用到这个资源，那么就存在很多段类似这样的代码，这很明显违反了DRY（Don't Repeat It Yourself）原则。而且如果某位程序员由于某些原因忘了用try/finally处理资源，那么很可能导致内存泄漏。那咋办呢？Java 8提供了一个Consumer接口，代码改写为如下：

01public class Resource {

02 

03    private Resource() {

04        System.out.println("Opening resource");

05    }

06 

07    public void operate() {

08        System.out.println("Operating on resource");

09    }

10 

11    public void dispose() {

12        System.out.println("Disposing resource");

13    }

14 

15    public static void withResource(Consumer<Resource> consumer) {

16        Resource resource = new Resource();

17        try {

18            consumer.accept(resource);

19        } finally {

20            resource.dispose();

21        }

22    }

23}

      调用代码如下：

1Resource.withResource(resource -> resource.operate());

      外部要访问Resource不能通过它的构造函数了（private），只能通过withResource方法了，这样代码清爽多了，而且也完全杜绝了因人为疏忽而导致的潜在内存泄漏。

4、stream+laziness => efficiency

     像之前一样先来一段非常简单的代码：

01List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);

02 

03for (int number : numbers) {

04    if (number % 2 == 0) {

05        int n2 = number * 2;

06        if (n2 > 5) {

07            System.out.println(n2);

08            break;

09        }

10    }

11}

      这段代码有什么问题？ 没错，可读性非常差。第一步，我们利用《重构》一书中的最基础的提取小函数重构手法来重构代码如下：

01public boolean isEven(int number) {

02    return number % 2 == 0;

03}

04 

05public int doubleIt(int number) {

06    return number * 2;

07}

08 

09public boolean isGreaterThan5(int number) {

10    return number > 5;

11}

12 

13for (int number : numbers) {

14    if (isEven(number)) {

15        int n2 = doubleIt(number);

16        if (isGreaterThan5(n2)) {

17            System.out.println(n2);

18            break;

19        }

20    }

21}

      OK，代码的意图清晰多了，但是可读性仍然欠佳，因为循环内嵌套一个if分支，if分支内又嵌套另外一个分支，于是继续重构代码如下：

01public boolean isEven(int number) {

02    return number % 2 == 0;

03}

04 

05public int doubleIt(int number) {

06    return number * 2;

07}

08 

09public boolean isGreaterThan5(int number) {

10    return number > 5;

11}

12 

13List<Integer> l1 = new ArrayList<Integer>();

14for (int n : numbers) {

15    if (isEven(n)) l1.add(n);

16}

17 

18List<Integer> l2 = new ArrayList<Integer>();

19for (int n : l1) {

20    l2.add(doubleIt(n));

21}

22 

23List<Integer> l3 = new ArrayList<Integer>();

24for (int n : l2) {

25    if (isGreaterThan5(n)) l3.add(n);

26}

27 

28System.out.println(l3.get(0));

      现在代码够清晰了，这是典型的“流水线”风格代码。但是等等，现在的代码执行会占用更多空间（三个List）和时间，我们来分析下。首先第二版代码的执行流程是这样的：

1isEven: 1

2isEven: 2

3doubleIt: 2

4isGreaterThan5: 2

5isEven: 3

6isEven: 4

7doubleIt: 4

8isGreaterThan5: 4

98

     而我们的第三版代码的执行流程是这样的：

01isEven: 1

02isEven: 2

03isEven: 3

04isEven: 4

05isEven: 5

06isEven: 6

07doubleIt: 2

08doubleIt: 4

09doubleIt: 6

10isGreaterThan5: 2

11isGreaterThan5: 4

12isGreaterThan5: 6

138

     步骤数是13:9，所以有时候重构得到可读性强的代码可能会牺牲一些运行效率（但是一切都得实际衡量之后才能确定）。那么有没有“三全其美”的实现方法呢？即：

1. 代码可读性强
2. 代码执行效率不比第一版代码差
3. 空间消耗小

     Streams come to rescue! Java 8提供了stream方法，我们可以通过对任何集合对象调用stream()方法获得Stream对象，Stream对象有别于Collections的几点如下：

1. 不存储值：Streams不会存储值，它们从某个数据结构的流水线型操作中获取值（“酒肉穿肠过”）
2. 天生的函数编程特性：对Stream对象操作能得到一个结果，但是不会修改原始数据结构
3. Laziness-seeking（延迟搜索）：Stream的很多操作如filter、map、sort和duplicate removal(去重）可以延迟实现，意思是我们只要检查到满足要求的元素就可以返回
4. 可选边界：Streams允许Client取足够多的元素直到满足某个条件为止。而Collections不能这么做

     上代码：

1System.out.println(

2    numbers.stream()

3            .filter(Lazy::isEven)

4            .map(Lazy::doubleIt)

5            .filter(Lazy::isGreaterThan5)

6            .findFirst()

7);

      现在的执行流程是：

1isEven: 1

2isEven: 2

3doubleIt: 2

4isGreaterThan5: 4

5isEven: 3

6isEven: 4

7doubleIt: 4

8isGreaterThan5: 8

9IntOptional[8]

      流程基本和第二版代码一致，这归功于Laziness-seeking特性。怎么理解呢？让我来构造下面这个场景：

查看源码

打印?

1Stream流对象要经过下面这种流水线式处理：

2过滤出偶数 => 乘以2 => 过滤出大于5的数 => 取出第一个数

3 

4注意：=> 左边的输出是右边的输入

      而Laziness-seeking意味着 我们在每一步只要一找到满足条件的数字，马上传递给下一步去处理并且暂停当前步骤。比如先判断1是否偶数，显然不是；继续判断2是否偶数，是偶数；好，暂停过滤偶数操作，将2传递给下一步乘以2，得到4；4继续传递给第三步，4不满足大于5，所以折回第一步；判断3是否偶数，不是；判断4是否偶数，是偶数；4传递给第二步，乘以2得到8；8传递给第三步，8大于5；所以传递给最后一步，直接取出得到IntOptional[8]。

     IntOptional[8]只是简单包装了下返回的结果，这样有什么好处呢？如果你接触过Null Object Pattern的话就知道了，这样可以避免无谓的null检测。

     本文完，希望对大家有所帮助，O(∩_∩)O

http://www.open-open.com/lib/view/open1365053088359.html