第一章 Lambda表达式

1.1 Why Lambdas?

当你操作多线程的时候，你会像下面这样将要处理的代码放到run()函数中：

class Worker implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
             doWork();
    }
    ...
}

然后，当你想要执行这段代码的时候，需要构造Worker的实例来执行它。你可以把放入到线程池或者简单处理启动一个线程：

Worker w = new Worker();
new Thread(w).start();

这段代码的重点在于你要将你想要处理的逻辑放入到run()方法中。

再来考虑一个场景，自定义排序。如果你不想按照字典的默认排序，而是想要按照字符串的长度来进行排序的话，你需要通过一个Comparator对象来进行排序：

class LengthComparator implements Comparator<String> {
    public int compare(String first, String second) {
        return Integer.Compare(first.length(), second.length());
    }
}

Arrays.sort(strings, new LengthComparator());

sort函数会一直调用compare方法，保证数组被重新按照长度进行排序。

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注意：如果Integer.compare(x, y)中的x.equals(y)==true则返回0，如果x<y则返回负数，x>y则返回正数。这个静态方法已经被添加到Java7中。千万不要计算x-y然后和x或者y比较，因为x-y可能会发生溢出。

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还有一种场景就是按钮的方法回调。你把回调的处理放入实现的监听接口函数中，构造一个实例，然后将这个实例注册到按钮上：

button.setOnAction(new EventHandler<ActionEvent>) {
    public void handle(ActionEvent event) {
        System.out.println("Thanks for clicking");
    }
});

当这个按钮被点击的时候，handle方法将被执行。

从上面几个例子中你可以看到，这些处理都是需要一大段的代码来处理。这么复杂的处理不是每个人都可以非常容易理解的，所以在Java8中添加了一个非常重大的特性，那就是Lambda表达式。

1.2 Lambda表达式语法

现在咱们再来看一下之前排序的例子：

Integer.compare(first.length(), second.length());

first和second都是字符串数组，Java是一个强类型的语言，所以我们必须这样来处理:

(String first, String second)
    -> Integer.compare(first.length(), second.length());

这就是你的第一个lambda表达式了！这样的表达式非常简单。

可以看到，在这个lambda表达式中有->符号。如果这段代码不能用一个简单的表达式来展示的话，我们可以用{}来封装一段代码，比如：

(String first, String second) -> {
    if (first.length() < second.length()) return -1;
    else if (first.length() > second.length()) return 1;
    else return 0;
}

当一个lambda表达式没有参数的时候，我们可以这样来做：

() -> { for (int i = 0; i < 1000; i++) doWorker(); }

如果一个lambda表达式中的参数可以推断出它的类型，那么我们还可以这样：

Comparator<String> comp
    =  (first, second)  // 等价于(String first, String second)
         -> Integer.compare(first.length(), second.length());

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你可以再lambda表达式的参数添加标注或者final修饰符：

(final String name) -> ...

(@NonNull String name) -> ...

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lambda表达式中的返回类型我们一直没有提及，那是因为在lambda上下文中，可以推断出它，比如：

(String first, String second) -> Integer.compare(first.length(), second.length())

从这里就可以看出，返回类型就是int。

1.3 功能接口

Java中已经封装了一些存在的接口代码，想Runnable和Comparator。Lambda对于这些接口是向下兼容的。

当一个单实例抽象方法的接口对象，我们可以用lambda表达式来展示出来，我们就把这个接口叫做功能接口。

为了展示功能接口，我们来看一下Arrays.sort()方法。它的第二个参数需要一个Comparator的实例，可以用lambda这样做：

Arrays.sort(words,
    (first, second) -> Integer.compare(first.length(), second.length()));

和传统的内部类相比，lambda表达式可以非常高效的完成它。lambda表达式最好的理解为它是一个函数，而不是对象。

lambda的语法非常简短和简单，再来一例：

button.setOnAction(event ->
    System.out.println("Thanks for clicking")); 

和内部类相比，可读性大幅提升。

事实上，在Java中，你只能针对功能接口应用lambda表达式。

Java API在java.util.function中定义了一些常用的功能接口。比如，BiFunction<T, U, R>，这个接口通过参数类型T和U，返回类型R，我们可以应用在刚才的例子上：

BiFunction<String, String, Integer> comp
    = (first, second) -> Integer.compare(first.length(), second.length());

当然，这里只是构造了一个比较器，只有Arrays.sort方法调用的时候才能进行排序。

1.4 方法引用

有些时候，一个方法你不得不带上一些多余的代码。比如：当你想要打印一个按钮点击之后的事件对象：

button.setOnAction(event->System.out.println(event));

如果可以只通过println方法来做的话就更nice了，比如：

button.setOnAction(System.out::println);

System.out::println表达式是一个方法引用，它等价于x->System.out.println(x).

再比如，我们想要对忽略大小写的数组进行排序：

Arrays.sort(strings, String::compareToIgnoreCase);

这些例子中，::操作符的规则为：

• object::instanceMethod
• Class::staticMethod
• Class::instanceMethod

前2个例子中，方法引用等价于lambda表达式中的函数参数，System.out::println等价于x->System.out.println(x)，相应的，Math::pow等价于(x, y) -> Math.pow(x, y).

第三个例子中，第一个参数变成了函数的对象，String::compareToIgnoreCase等价于(x, y) -> x.compareToIgnoreCase(y).

你也可以使用this，比如：this::equals等价于x->this.equals(x)，当然也可以使用super.

super::instanceMethod

举个例子：

class Greeter {
    public void greet() {
        System.out.println("Hello world");
    }
}

class ConcurrentGreeter extends Greeter {
    public void greet() {
        Thread t = new Thread(super::greet);
        t.start();
    }
}

1.5 构造引用

除了new方法，构造引用类似方法引用。举个例子，Button::new是一个Button的构造器。

List<String> labels = ...;
Stream<Button> stream = labels.stream().map(Button::new);
List<Button> buttons = stream.collect(Collections.toList());

1.6 变量域

当你在lambda中想要从闭包函数或者类中获取变量，如下：

public static void repeatMessage(String text, int count) {
    Runnable r = () -> {
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            System.out.println(text);
            Thread.yield();
        }
    };
    new Thread(r).start();
}

调用方式：repeatMessage("Hello", 1000);  // 在一个单独的线程里打印1000次Hello

看一下lambda表达式中的变量count和text，这些变量不是在lambda表达式中定义的。他们是方法repeatMessage的参数。

一个lambda表达式有3个要素

1. 代码块
2. 参数
3. 一个空闲变量的值，这个变量不是参数且不是在这块代码里定义的

在我们的例子中，lambda表达式有2个变量，text和count。但是如果我换一种写法，如下：

public static void repeatMessage(String text, int count) {
    Runnable r = () -> {
        while(count > 0) {
            count--;
            System.out.println(text);
            Thread.yield();
        }
    };
    new Thread(r).start();
}

上面的代码有问题吗？答案是有的，因为count--;这一句。原因是不能修改获取的变量值。变化的变量在一个lambda表达式中是线程不安全的。试想一个序列的并发任务，每一个任务更新一个共享的计数器。

int matches = 0;
for (Path p : files)
    new Thread(() -> {if (p has some property) matches++;}).start();
  // 非法

这里的matches不是原子性的增长，所以在并发情况下无法获知它的增长。

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注意：内部类可以在一个封闭的区域中获取值，Java8之前，内部类只允许获取final的本地变量。内部类可以获取任何final本地变量-任何值不变的变量。

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如果matches是一个实例或者封闭类的静态变量，这里就不会再报错误了。

一个共享对象的变化是没有任何问题的，及时它是不全面的，比如：

List<Path> matches = new ArrayList<>();
for (Path p : files)
    new Thread(() -> { if (p has some property) matches.add(p);}).start();
  // matches变化是合法的但是不是线程安全的

在一个函数中，你不能在一个代码块中有2个相同的变量名字，比如：

Path first = Paths.get("/usr/bin");
Comparator<String> comp =
    (first, second) -> Integer.compare(first.length(), second.length());
    // 变量first多次定义