Effective Java 第三版——42.lambda表达式优于匿名类

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《Effective Java, Third Edition》一书英文版已经出版，这本书的第二版想必很多人都读过，号称Java四大名著之一，不过第二版2009年出版，到现在已经将近8年的时间，但随着Java 6，7，8，甚至9的发布，Java语言发生了深刻的变化。

在这里第一时间翻译成中文版。供大家学习分享之用。

42.lambda表达式优于匿名类

在Java 8中，添加了函数式接口，lambda表达式和方法引用，以便更容易地创建函数对象。 Stream API随着其他语言的修改一同被添加进来，为处理数据元素序列提供类库支持。 在本章中，我们将讨论如何充分利用这些功能。

以往，使用单一抽象方法的接口（或者很少使用抽象类）被用作函数类型。 它们的实例（称为函数对象）表示函数（functions）或行动（actions）。 自从JDK 1.1于1997年发布以来，创建函数对象的主要手段就是匿名类（条目 24）。 下面是一段代码片段，按照字符串长度顺序对列表进行排序，使用匿名类创建排序的比较方法（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());

    }

});

匿名类适用于需要函数对象的经典面向对象设计模式，特别是策略模式[Gamma95]。 比较器接口表示排序的抽象策略; 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吸引人的前景。

在Java 8中，语言形式化了这样的概念，即使用单个抽象方法的接口是特别的，应该得到特别的对待。 这些接口现在称为函数式接口，并且该语言允许你使用lambda表达式或简称lambda来创建这些接口的实例。 Lambdas在功能上与匿名类相似，但更为简洁。 下面的代码使用lambdas替换上面的匿名类。 样板不见了，行为清晰明了：

// Lambda expression as function object (replaces anonymous class)

Collections.sort(words,

        (s1, s2) -> Integer.compare(s1.length(), s2.length()));

请注意，代码中不存在lambda（Comparator <String>），其参数（s1和s2，都是String类型）及其返回值（int）的类型。 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，必须指定它们。 类型推断的规则很复杂：他们在JLS中占据了整个章节[JLS，18]。 很少有程序员详细了解这些规则，但没关系。 除非它们的存在使你的程序更清晰，否则省略所有lambda参数的类型。 如果编译器生成一个错误，告诉你它不能推断出lambda参数的类型，那么指定它。 有时你可能不得不强制转换返回值或整个lambda表达式，但这很少见。

关于类型推断需要注意一点。 条目26告诉你不要使用原始类型，条目29告诉你偏好泛型类型，条目30告诉你偏向泛型方法。 当使用lambda表达式时，这个建议是非常重要的，因为编译器获得了大部分允许它从泛型进行类型推断的类型信息。 如果你没有提供这些信息，编译器将无法进行类型推断，你必须在lambdas中手动指定类型，这将大大增加它们的冗余度。 举例来说，如果变量被声明为原始类型List而不是参数化类型List <String>，则上面的代码片段将不会编译。

顺便提一句，如果使用比较器构造方法代替lambda，则代码中的比较器可以变得更加简洁（条目14，43）：

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

实际上，通过利用添加到Java 8中的List接口的sort方法，可以使片段变得更简短：

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

将lambdas添加到该语言中，使得使用函数对象在以前没有意义的地方非常实用。例如，考虑条目34中的Operation枚举类型。由于每个枚举都需要不同的应用程序行为，所以我们使用了特定于常量的类主体，并在每个枚举常量中重写了apply方法。为了刷新你的记忆，下面是之前的代码：

// Enum type with constant-specific class bodies & data 

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条目说，枚举实例属性比常量特定的类主体更可取。 Lambdas可以很容易地使用前者而不是后者来实现常量特定的行为。 仅仅将实现每个枚举常量行为的lambda传递给它的构造方法。 构造方法将lambda存储在实例属性中，apply方法将调用转发给lambda。 由此产生的代码比原始版本更简单，更清晰：

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，我们使用表示枚举常量行为的lambdas的DoubleBinaryOperator接口。 这是java.util.function中许多预定义的函数接口之一（条目 44）。 它表示一个函数，它接受两个double类型参数并返回double类型的结果。

看看基于lambda的Operation枚举，你可能会认为常量特定的方法体已经失去了它们的用处，但事实并非如此。 与方法和类不同，lambda没有名称和文档; 如果计算不是自解释的，或者超过几行，则不要将其放入lambda表达式中。 一行代码对于lambda说是理想的，三行代码是合理的最大值。 如果违反这一规定，可能会严重损害程序的可读性。 如果一个lambda很长或很难阅读，要么找到一种方法来简化它或重构你的程序来消除它。 此外，传递给枚举构造方法的参数在静态上下文中进行评估。 因此，枚举构造方法中的lambda表达式不能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，无法在几行内实现，或者需要访问实例属性或方法，那么常量特定的类主体仍然是行之有效的方法。

同样，你可能会认为匿名类在lambda时代已经过时了。 这更接近事实，但有些事情你可以用匿名类来做，而却不能用lambdas做。 Lambda仅限于函数式接口。 如果你想创建一个抽象类的实例，你可以使用匿名类来实现，但不能使用lambda。 同样，你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不能获得对自身的引用。 在lambda中，this关键字引用封闭实例，这通常是你想要的。 在匿名类中，this关键字引用匿名类实例。 如果你需要从其内部访问函数对象，则必须使用匿名类。

Lambdas与匿名类共享无法可靠地序列化和反序列化实现的属性。因此，应该很少(如果有的话)序列化一个lambda(或一个匿名类实例)。如果有一个想要进行序列化的函数对象，比如一个Comparator，那么使用一个私有静态嵌套类的实例（条目 24）。

综上所述，从Java 8开始，lambda是迄今为止表示小函数对象的最佳方式。 除非必须创建非函数式接口类型的实例，否则不要使用匿名类作为函数对象。 另外，请记住，lambda表达式使代表小函数对象变得如此简单，以至于它为功能性编程技术打开了一扇门，这些技术在Java中以前并不实用。