Java 8 Lambda表达式

深入学习Java8Lambda（语言篇——lambda表达式的深入学习）关于1.深入理解Java8Lambda（语言篇——lambda，方法引用，目标类型和默认方法）2.深入理解Java8Lambda（类库篇——StreamsAPI，Collector和并行）3.深入理解Java8Lambda（原理篇——Java编译器如何处理lambda）本文是深入理解Java8Lambda系列的第一篇，主要介绍Java8新增的语言特性（比如lambda和方法引用），语言概念（比如目标类型和变量捕获）以及设计思路。本文是对BrianGoetz的StateofLambda一文的翻译，那么问题来了：为什么要翻译这个系列？1.工作之后，我开始大量使用Java2.公司将会在不久的未来使用Java83.作为资质平庸的开发者，我需要打一点提前量，以免到时拙计4.为了学习Java8（主要是其中的lambda及相关库），我先后阅读了Oracle的官方文档，CayHorstmann（CoreJava的作者）的Java8fortheReallyImpatient和RichardWarburton的Java8Lambdas5.但我感到并没有多大收获，Oracle的官方文档涉及了lambda表达式的每一个概念，但都是点到辄止；后两本书（尤其是Java8Lambdas）花了大量篇幅介绍Javalambda及其类库，但实质内容不多，读完了还是没有对Javalambda产生一个清晰的认识6.关键在于这些文章和书都没有解决我对Javalambda的困惑，比如：Java8中的lambda为什么要设计成这样？（为什么要一个lambda对应一个接口？而不是StructuralTyping？）lambda和匿名类型的关系是什么？lambda是匿名对象的语法糖吗？Java8是如何对lambda进行类型推导的？它的类型推导做到了什么程度？Java8为什么要引入默认方法？Java编译器如何处理lambda？等等……7.之后我在Google搜索这些问题，然后就找到BrianGoetz的三篇关于Javalambda的文章（StateofLambda，StateofLambdalibrariesversion和Translationoflambda），读完之后上面的问题都得到了解决8.为了加深理解，我决定翻译这一系列文章警告（Caveats）如果你不知道什么是函数式编程，或者不了解map，filter，reduce这些常用的高阶函数，那么你不适合阅读本文，请先学习函数式编程基础（比如这本书）。StateofLambdabyBrianGoetzThehigh-levelgoalofProjectLambdaistoenableprogrammingpatternsthatrequiremodelingcodeasdatatobeconvenientandidiomaticinJava.关于本文介绍了JavaSE8中新引入的lambda语言特性以及这些特性背后的设计思想。这些特性包括：olambda表达式（又被成为“闭包”或“匿名方法”）o方法引用和构造方法引用o扩展的目标类型和类型推导o接口中的默认方法和静态方法1.背景Java是一门面向对象编程语言。面向对象编程语言和函数式编程语言中的基本元素（BasicValues）都可以动态封装程序行为：面向对象编程语言使用带有方法的对象封装行为，函数式编程语言使用函数封装行为。但这个相同点并不明显，因为Java对象往往比较“重量级”：实例化一个类型往往会涉及不同的类，并需要初始化类里的字段和方法。不过有些Java对象只是对单个函数的封装。例如下面这个典型用例：JavaAPI中定义了一个接口（一般被称为回调接口），用户通过提供这个接口的实例来传入指定行为，例如：123publicinterfaceActionListener{voidactionPerformed(ActionEvente);}这里并不需要专门定义一个类来实现ActionListener，因为它只会在调用处被使用一次。用户一般会使用匿名类型把行为内联（inline）：12345button.addActionListener(newActionListener(){publicvoidactionPerformed(ActionEvente){ui.dazzle(e.getModifiers());}});很多库都依赖于上面的模式。对于并行API更是如此，因为我们需要把待执行的代码提供给并行API，并行编程是一个非常值得研究的领域，因为在这里摩尔定律得到了重生：尽管我们没有更快的CPU核心（core），但是我们有更多的CPU核心。而串行API就只能使用有限的计算能力。随着回调模式和函数式编程风格的日益流行，我们需要在Java中提供一种尽可能轻量级的将代码封装为数据（Modelcodeasdata）的方法。匿名内部类并不是一个好的选择，因为：1.语法过于冗余2.匿名类中的this和变量名容易使人产生误解3.类型载入和实例创建语义不够灵活4.无法捕获非final的局部变量5.无法对控制流进行抽象上面的多数问题均在JavaSE8中得以解决：o通过提供更简洁的语法和局部作用域规则，JavaSE8彻底解决了问题1和问题2o通过提供更加灵活而且便于优化的表达式语义，JavaSE8绕开了问题3o通过允许编译器推断变量的“常量性”（finality），JavaSE8减轻了问题4带来的困扰不过，JavaSE8的目标并非解决所有上述问题。因此捕获可变变量（问题4）和非局部控制流（问题5）并不在JavaSE8的范畴之内。（尽管我们可能会在未来提供对这些特性的支持）2.函数式接口（Functionalinterfaces）尽管匿名内部类有着种种限制和问题，但是它有一个良好的特性，它和Java类型系统结合的十分紧密：每一个函数对象都对应一个接口类型。之所以说这个特性是良好的，是因为：o接口是Java类型系统的一部分o接口天然就拥有其运行时表示（Runtimerepresentation）o接口可以通过Javadoc注释来表达一些非正式的协定（contract），例如，通过注释说明该操作应可交换（commutative）上面提到的ActionListener接口只有一个方法，大多数回调接口都拥有这个特征：比如Runnable接口和Comparator接口。我们把这些只拥有一个方法的接口称为函数式接口。（之前它们被称为SAM类型，即单抽象方法类型（SingleAbstractMethod））我们并不需要额外的工作来声明一个接口是函数式接口：编译器会根据接口的结构自行判断（判断过程并非简单的对接口方法计数：一个接口可能冗余的定义了一个Object已经提供的方法，比如toString()，或者定义了静态方法或默认方法，这些都不属于函数式接口方法的范畴）。不过API作者们可以通过@FunctionalInterface注解来显式指定一个接口是函数式接口（以避免无意声明了一个符合函数式标准的接口），加上这个注解之后，编译器就会验证该接口是否满足函数式接口的要求。实现函数式类型的另一种方式是引入一个全新的结构化函数类型，我们也称其为“箭头”类型。例如，一个接收String和Object并返回int的函数类型可以被表示为(String,Object)-int。我们仔细考虑了这个方式，但出于下面的原因，最终将其否定：o它会为Java类型系统引入额外的复杂度，并带来结构类型（StructuralType）和指名类型（NominalType）的混用。（Java几乎全部使用指名类型）o它会导致类库风格的分歧——一些类库会继续使用回调接口，而另一些类库会使用结构化函数类型o它的语法会变得十分笨拙，尤其在包含受检异常（checkedexception）之后o每个函数类型很难拥有其运行时表示，这意味着开发者会受到类型擦除（erasure）的困扰和局限。比如说，我们无法对方法m(T-U)和m(X-Y)进行重载（Overload）所以我们选择了“使用已知类型”这条路——因为现有的类库大量使用了函数式接口，通过沿用这种模式，我们使得现有类库能够直接使用lambda表达式。例如下面是JavaSE7中已经存在的函数式接口：ojava.lang.Runnableojava.util.concurrent.Callableojava.security.PrivilegedActionojava.util.Comparatorojava.io.FileFilterojava.beans.PropertyChangeListener除此之外，JavaSE8中增加了一个新的包：java.util.function，它里面包含了常用的函数式接口，例如：oPredicateT——接收T并返回booleanoConsumerT——接收T，不返回值oFunctionT,R——接收T，返回RoSupplierT——提供T对象（例如工厂），不接收值oUnaryOperatorT——接收T对象，返回ToBinaryOperatorT——接收两个T，返回T除了上面的这些基本的函数式接口，我们还提供了一些针对原始类型（Primitivetype）的特化（Specialization）函数式接口，例如IntSupplier和LongBinaryOperator。（我们只为int、long和double提供了特化函数式接口，如果需要使用其它原始类型则需要进行类型转换）同样的我们也提供了一些针对多个参数的函数式接口，例如BiFunctionT,U,R，它接收T对象和U对象，返回R对象。3.lambda表达式（lambdaexpressions）匿名类型最大的问题就在于其冗余的语法。有人戏称匿名类型导致了“高度问题”（heightproblem）：比如前面ActionListener的例子里的五行代码中仅有一行在做实际工作。lambda表达式是匿名方法，它提供了轻量级的语法，从而解决了匿名内部类带来的“高度问题”。下面是一些lambda表达式：123(intx,inty)-x+y()-42(Strings)-{System.out.println(s);}第一个lambda表达式接收x和y这两个整形参数并返回它们的和；第二个lambda表达式不接收参数，返回整数‘42’；第三个lambda表达式接收一个字符串并把它打印到控制台，不返回值。lambda表达式的语法由参数列表、箭头符号-和函数体组成。函数体既可以是一个表达式，也可以是一个语句块：o表达式：表达式会被执行然后返回执行结果。o语句块：语句块中的语句会被依次执行，就像方法中的语句一样——return语句会把控制权交给匿名方法的调用者break和continue只能在循环中使用如果函数体有返回值，那么函数体内部的每一条路径都必须返回值表达式函数体适合小型lambda表达式，它消除了return关键字，使得语法更加简洁。lambda表达式也会经常出现在嵌套环境中，比如说作为方法的参数。为了使lambda表达式在这些场景下尽可能简洁，我们去除了不必要的分隔符。不过在某些情况下我们也可以把它分为多行，然后用括号包起来，就像其它普通表达式一样。下面是一些出现在语句中的lambda表达式：12345678FileFilterjava=(Filef)-f.getName().endsWith(*.java);Stringuser=doPrivileged(()-System.getProperty(user.name));newThread(()-{connectToService();sendNotification();}).start();4.目标类型（Targettyping）需要注意的是，函数式接口的名称并不是lambda表达式的一部分。那么问题来了，对