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《Effective Java》学习日志(六)42:优先使用lambda代替匿名函数

2018-11-26

在Java 8中,添加了函数接口,lambdas和方法引用,以便更容易地创建函数对象。 stream API 以及其他语言修改都引入了进来,以便为处理数据元素序列提供库支持。

先看第一个Item: 使用lambda替代匿名函数。


学习资料主要参考: 《Effective Java Third Edition》,作者:Joshua Bloch



从历史上看,使用单个抽象方法的接口(或很少是抽象类)被用作函数类型。 它们的实例称为函数对象,代表函数或动作。 自JDK 1.1于1997年发布以来,创建函数对象的主要方法是匿名类(第24项)。 这是一个代码片段,用于按长度顺序对字符串列表进行排序,使用匿名类创建排序的比较函数(强制排序顺序):

// Anonymous class instance as a function object - obsolete!
Collections.sort(words, new Comparator<String>() {
    public int compare(String s1, String s2) {
        return Integer.compare(s1.length(), s2.length());
    }
});

匿名类适用于需要功能对象的经典的面向对象的设计模式,特别是trategy模式[Gamma95]。 Comparator接口表示用于排序的抽象策略; 上面的匿名类是排序字符串的具体策略。 然而,匿名类的冗长使得Java中的函数式编程成为一种不具吸引力的前景。

在Java 8中,该语言形式化了这样一种观念,即使用单一抽象方法的接口是特殊的,值得特别对待。 这些接口现在称为功能接口(functional interfaces),该语言允许您使用lambda表达式或简称lambdas创建这些接口的实例。 Lambdas在功能上与匿名类相似,但更简洁。 以上是上面的代码片段,其中匿名类由lambda替换。 样板消失了,行为很明显:

// Lambda expression as function object (replaces anonymous class)
Collections.sort(words,
        (s1, s2) -> Integer.compare(s1.length(), s2.length()));

请注意,lambda(Comparator )的类型,其参数(s1和s2,两个String)及其返回值(int)的类型不在代码中。 编译器使用称为类型推断的过程从上下文中推导出这些类型。 在某些情况下,编译器将无法确定类型,您必须指定它们。 类型推断的规则很复杂:它们占据了JLS的整个章节[JLS,18]。 很少有程序员详细了解这些规则,但这没关系。

省略所有lambda参数的类型,除非它们的存在使您的程序更清晰。 如果编译器生成错误,告诉您无法推断lambda参数的类型,请指定它。 有时您可能必须转换返回值或整个lambda表达式,但这种情况很少见。

关于类型推断,应该添加一个警告。 第26项告诉您不要使用原始类型,第29项告诉您支持泛型类型,第30项告诉您支持通用方法。 当你使用lambdas时,这个建议是非常重要的,因为编译器获得了允许它从泛型执行类型推断的大多数类型信息。 如果您不提供此信息,编译器将无法进行类型推断,您必须在lambdas中手动指定类型,这将大大增加它们的详细程度。 举例来说,如果变量词被声明为原始类型List而不是参数化类型List,则上面的代码片段将不会编译。

顺便提一下,如果使用比较器构造方法代替lambda,则片段中的比较器可以更简洁(第14. 43项):

Collections.sort(words, comparingInt(String::length));

实际上,通过利用Java 8中添加到List接口的sort方法,可以使代码段更短:

words.sort(comparingInt(String::length));

在语言中添加lambda使得使用函数对象变得切实可行。 例如,考虑Item 34中的Operation枚举类型。 因为每个枚举对其apply方法需要不同的行为,所以我们使用常量特定的类体并覆盖每个枚举常量中的apply方法。 为了刷新你的记忆,这里是代码:

// Enum type with constant-specific class bodies & data (Item 34)
public enum Operation {
    PLUS("+") {
        public double apply(double x, double y) { return x + y; }
    },
    MINUS("-") {
        public double apply(double x, double y) { return x - y; }
    },
    TIMES("*") {
        public double apply(double x, double y) { return x * y; }
    },
    DIVIDE("/") {
        public double apply(double x, double y) { return x / y; }
    };
    private final String symbol;
    Operation(String symbol) { this.symbol = symbol; }
    @Override public String toString() { return symbol; }
    
    public abstract double apply(double x, double y);
}

第34项说enum实例字段比常量特定的类体更可取。 使用前者而不是后者,Lambdas可以轻松实现常量特定的行为。 只是将实现每个枚举常量行为的lambda传递给它的构造函数。 构造函数将lambda存储在实例字段中,apply方法将调用转发给lambda。 生成的代码比原始版本更简单,更清晰:

// Enum with function object fields & constant-specific behavior
public enum Operation {
    PLUS ("+", (x, y) -> x + y),
    MINUS ("-", (x, y) -> x - y),
    TIMES ("*", (x, y) -> x * y),
    DIVIDE("/", (x, y) -> x / y);
    
    private final String symbol;
    private final DoubleBinaryOperator op;
    Operation(String symbol, DoubleBinaryOperator op) {
        this.symbol = symbol;
        this.op = op;
    }
    @Override public String toString() { return symbol; }
    
    public double apply(double x, double y) {
        return op.applyAsDouble(x, y);
    }
}

请注意,我们使用DoubleBinaryOperator接口来表示枚举常量行为的lambdas。 这是java.util.function(Item 44)中许多预定义的功能接口之一。 它表示一个函数,它接受两个双参数并返回一个double结果。

看一下基于lambda的Operation枚举,您可能会认为特定于常量的方法体已经不再有用了,但实际情况并非如此。 与方法和类不同,lambdas缺少名称和文档;如果计算不是自我解释,或超过几行,请不要将它放在lambda中。 一条线对于lambda是理想的,三条线是合理的最大值。 如果违反此规则,可能会严重损害程序的可读性。 如果lambda很长或难以阅读,要么找到简化它的方法,要么重构你的程序以消除它。 此外,传递给枚举构造函数的参数在静态上下文中进行计算。 因此,枚举构造函数中的lambdas无法访问枚举的实例成员。 如果枚举类型具有难以理解的常量特定行为,无法在几行中实现,或者需要访问实例字段或方法,则仍然可以采用特定于常量的类体。

同样,你可能会认为匿名类在lambdas时代已经过时了。 这更接近事实,但是你可以用匿名类做一些事情,你不能用lambdas做。 Lambdas仅限于功能接口。 如果要创建抽象类的实例,可以使用匿名类,但不能使用lambda。 同样,您可以使用匿名类来创建具有多个抽象方法的接口实例。 最后,lambda无法获得对自身的引用。 在lambda中,this关键字引用封闭实例,这通常是您想要的。 在匿名类中,this关键字引用匿名类实例。 如果需要从其体内访问函数对象,则必须使用匿名类。

Lambdas与匿名类共享您无法在实现中可靠地序列化和反序列化它们的属性。 因此,您应该很少(如果有的话)序列化lambda(或匿名类实例)。 如果您有一个要进行序列化的函数对象,例如Comparator,请使用私有静态嵌套类的实例(Item 24)。

总之,从Java 8开始,lambdas是迄今为止表示小函数对象的最佳方式。 除非必须创建非功能接口类型的实例,否则不要对函数对象使用匿名类。 另外,请记住lambda使代表小函数对象变得如此容易,以至于它打开了以前在Java中不实用的函数式编程技术的大门。


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