简说JAVA8引入函数式的问题

JAVA8中加入lambda演算是一个令人兴奋的新特性——虽然这个新特性来得太迟了，目前的主流开发语言中，JAVA似乎是最后一个支持函数式思维的语言。

虽然晚了点，但总比没有好——况且我认为它的实现还是可以的，至少比C++的实现好一点（C++编译器不能自动很好的处理闭包环境，却要求程序员在代码中指定要引入到lambda表达式中的变量（捕获列表）——C++的类型系统过于丰富，如果没有捕获列表，则编译器无法得知应该通过“值”捕获还是通过“引用”捕获，而JAVA的类型系统简单很多，没有这个问题）。

以前每当我从Scala中回到Java，就有一种莫名的痛苦——Scala的集合库专为函数式而设计，其抽象程度高于Java的集合库，使得常常Scala两三行代码可以搞定的事情，在Java中要十几行代码才行。

现在使用Java8几个月了（我从beta版的时候就在使用openjdk8了），回到公司再去使用老掉牙的jdk6，也是痛苦得要命——说jdk6老掉牙一点也不过份，从03年jdk5开始到jdk7发布之前，java的语法从来没有变过，而到现在公司使用的最新版本的jdk还是jdk6——虽然Jdk8目前所支持的函数式语法在简洁性上仍然远不Scala，但也算是突飞猛进了。

在jdk8正式版本发布之后，网上关于jdk8的文章开始多了起来，基本上是一片叫好声。我个人也是非常喜欢这些变化，但因为：一来已经有很多人说这些好处了，我没有必要再缀述；二来现在使用jdk8的多半是爱学习的朋友，对于好的地方自然会花时间去体会，也不需要太多的讲。

所以我在这儿多说一点java中可能对于函数式思维还没有准备好的东西，而对其优点，如果有很多人都提过的，我就不在这里说了，如果谈到得比较少的，我就稍微讲一两句，比如这一项就很少有人提到：

新增的Stream接口的非终止运算的实现都是惰性求值的，这个设计在整体上保证了集合运算的运行效率。

在大数据时代，并发能力会成为语言的核心竞争力，而函数式语言开发的并发程序的性能通常都好于命令式语言，这也是为什么java这样的快20年的语言也开始转变了思维的原因之一。

例如：Scala与Java同是运行在JVM上的语言，但Scala开发的Spark相对于Java开发的Hadoop性能有100倍的提高。

下图来自于apache spark项目网站（逻辑回归算法执行时间对比）

这样大的差距是让人难以相信的，但目前来看，这就是事实——同一个JVM，仅仅是语言上的差别就能在性能上有这样的差据么？

我认为Hadoop的性能不如Spark的原因并不是使用Java就写不出那么高性能的东西出来，而是在Java中有一些东西使其在开发高性能的并发程序上存在很大的阻力。

我并没有深入研究Hadoop和Spark的内部机制，所以只就语言本身说一下Java8目前尚存在的（可能的）弱点。

注：以下先用一两句简单列一下，日后再补充。

一、存在空。

null是在正常的java代码中很常见的关键字，但对于函数式的思维中，空是没有意义的。

一个对象为空，就意味着无法调用这个对象的任何方法，而在函数式的程序中，如果某函数无法匹配出一个对象，通常也意味着这个函数结束了。

如果产生空对象还会继续的函数，那通常也意味着这个空引用会被赋予新的对象。

jdk8中也可以看到为避免空而修改的集合框架的方法，如：
Map接口中增加了一个方法getOrDefault来试图规避get方法会返回空的问题；

Jdk8新增的Optional类也是为模拟函数式语言中的模式匹配而增加的——空是不可能进行模式匹配的。

二、存在可变状态。

一个对象，如果是可变的，那就意味着这个对象的并发性有问题。

但java中要使一个类型的对象不可能被改变，是一个很麻烦的事情（想象一下所有属性全部加一个final），而开发一个可变状态的对象却非常容易。

虽然写一个符合纯函数式要求的函数不一定必须使用不可变状态，但如果所有对象都是不可变状态的，则写出来的函数就一定符合函数式的标准。

可变对象通常意味着并发调用这个对象时会出现问题，所以就需要对这个对象的某个部分加锁来规避问题，而锁是使并发性变差的最直接的原因。

三、无尾递归优化。

在Scala和Erlang这样的函数式风格的语言中，尾递归优化已是很平常的概念，但JAVA程序员多数都没有听说过这个概念（因为Java中没有尾递归优化）——关于尾递归优化可以参考我的另一篇文章《对SNL语言的解释器实现尾递归优化》。

函数式风格中的不可变状态的对象对并发性有很大的影响，但对于写惯了命令式语言代码的程序员来说，会产生一个非常不习惯的效应——没有循环。

想像一下：一个语言中没有for也没有while，可能是一个灾难。但如果熟悉了函数式的风格，即便没有循环，我们也可以实现等价的功能。

四、过于考虑向上兼容。

java从jdk5到现在的jdk8，没有增加任何一个保留字，所有的新的语法变化完全体现在代码结构上，很多新思想用库来实现，这大大影响了新思想的使用及推广。

不过这一点和性能的关系不是太大（库设计好了，性能也不差），但也是有点关系的——很多函数式语言中，部分常用的数据结构是语言的语法级别的，而不是库级别的。

五、没有增加新的更先进的线程模型。

前一段时间看到一段对话，是采访Ruby的作者松本行弘的，大概是这么说的：

问：如果时光倒流，你会做什么改变（对Ruby）？

答：去掉线程，使用更先进的基于actor的线程模型。

先列以上几条，以后随着理解的加深，可能会有所增加、删减或修改。

以上几点对于普通的java程序来说，是很平常的，但对于开发并发的程序或应用函数式思维，会不同程度的形成障碍。

再引用我的另一篇文章《用纯函数式思维在Java8下写的一段奇葩程序》，大家可以从这里感受一下Java8的lambda表达式在稍微复杂一点的情况下的表现是多么奇（chou）葩（lou）。