你真的了解java的lambda吗？- java lambda用法与源码分析

╰半橙微兮° 2022-05-16 12:05 61阅读 0赞

from:[https://www.cmlanche.com/2018/07/22/lambda%E7%94%A8%E6%B3%95%E4%B8%8E%E6%BA%90%E7%A0%81%E5%88%86%E6%9E%90/][https_www.cmlanche.com_2018_07_22_lambda_E7_94_A8_E6_B3_95_E4_B8_8E_E6_BA_90_E7_A0_81_E5_88_86_E6_9E_90]

# 用法 #

### 示例：最普遍的一个例子，执行一个线程 ###

new Thread(() -> System.out.print("hello world")).start();

`->`我们发现它指向的是`Runnable`接口

FunctionalInterface
 public interface Runnable {
 /**
 * When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
 * to create a thread, starting the thread causes the object's
 * <code>run</code> method to be called in that separately executing
 * thread.
 * 
 * The general contract of the method <code>run</code> is that it may
 * take any action whatsoever.
 *
 * @see java.lang.Thread#run()
 */
 public abstract void run();
 }

分析

1.  `->`这个箭头是lambda表达式的关键操作符
2.  `->`把表达式分成两截，前面是函数参数，后面是函数体。
3.  Thread的构造函数接收的是一个Runnable接口对象，而我们这里的用法相当于是把一个函数当做接口对象传递进去了，这点理解很关键，这正是函数式编程的含义所在。
4.  我们注意到Runnable有个注解`@FunctionalInterface`，它是jdk8才引入，它的含义是函数接口。它是lambda表达式的协议注解，这个注解非常重要，后面做源码分析会专门分析它的官方注释，到时候一目了然。

/* @jls 4.3.2. The Class Object
     * @jls 9.8 Functional Interfaces
     * @jls 9.4.3 Interface Method Body
     * @since 1.8
     */
    @Documented
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    @Target(ElementType.TYPE)
    public @interface FunctionalInterface {}

### 由此引发的一些案例 ###

有参数有返回值的实例：集合排序

List<String> list = new ArrayList<>();
 Collections.sort(list, (o1, o2) -> {
 if(o1.equals(o2)) {
 return 1;
 }
 return -1;
 })

我们知道Collections.sort方法的第二个参数接受的是一个`Comparator<T>`的对象，它的部分关键源码是这样的：

@FunctionalInterface
 public interface Comparator<T> {
 int compare(T o1, T o2);
 }

如上已经去掉注释和部分其他方法。

我们可以看到sort的第二个参数是Comparator的compare方法，参数类型是T，分别是o1和o2，返回值是一个int。

### 疑问 ###

1.  上面的示例我们看到接口都有个`@FunctionalInterface`的注解，但是我们在实际编程中并没有加这个注解也可以实现lambda表达式，例如：

public class Main {
    
        interface ITest {
            int test(String string);
        }
    
        static void Print(ITest test) {
            test.test("hello world");
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            Print(string -> {
                System.out.println(string);
                return 0;
            });
        }
    }

如上所示，确实不需要增加`@FunctionInterface`注解就可以实现

1.  如果在1中的示例的ITest接口中增加另外一个接口方法，我们会发现不能再用lambda表达式。

我们带着这两个疑问来进入源码解析。

# 源码解析 #

### 必须了解注解 `@FunctionInterface` ###

上源码：

package java.lang;
 
 import java.lang.annotation.*;
 
 /**
 * An informative annotation type used to indicate that an interface
 * type declaration is intended to be a functional interface as
 * defined by the Java Language Specification.
 *
 * Conceptually, a functional interface has exactly one abstract
 * method. Since {@linkplain java.lang.reflect.Method#isDefault()
 * default methods} have an implementation, they are not abstract. If
 * an interface declares an abstract method overriding one of the
 * public methods of {@code java.lang.Object}, that also does
 * not count toward the interface's abstract method count
 * since any implementation of the interface will have an
 * implementation from {@code java.lang.Object} or elsewhere.
 *
 * Note that instances of functional interfaces can be created with
 * lambda expressions, method references, or constructor references.
 *
 * If a type is annotated with this annotation type, compilers are
 * required to generate an error message unless:
 *
 * <ul>
 * <li> The type is an interface type and not an annotation type, enum, or class.
 * <li> The annotated type satisfies the requirements of a functional interface.
 * </ul>
 *
 * However, the compiler will treat any interface meeting the
 * definition of a functional interface as a functional interface
 * regardless of whether or not a {@code FunctionalInterface}
 * annotation is present on the interface declaration.
 *
 * @jls 4.3.2. The Class Object
 * @jls 9.8 Functional Interfaces
 * @jls 9.4.3 Interface Method Body
 * @since 1.8
 */
 @Documented
 @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
 @Target(ElementType.TYPE)
 public @interface FunctionalInterface {}

我们说过这个注解用来规范lambda表达式的使用协议的，那么注释中都说了哪些呢？

1.  **一种给interface做注解的注解类型，被定义成java语言规范**

An informative annotation type used to indicate that an interface
 * type declaration is intended to be a functional interface as
 * defined by the Java Language Specification.

**一个被它注解的接口只能有一个抽象方法**，有两种例外。

1.  第一是接口允许有实现的方法，这种实现的方法是用default关键字来标记的（java反射中java.lang.reflect.Method\#isDefault()方法用来判断是否是default方法），例如：

![ou8mh.png][]

当然这是jdk8才引入的特性，到此我们才知道，**知识是一直在变化的，我们在学校中学到interface接口不允许有实现的方法是错误的，随着时间推移，一切规范都有可能发生变化**。

如果声明的方法和java.lang.Object中的某个方法一样，它可以不当做未实现的方法，不违背这个原则：**一个被它注解的接口只能有一个抽象方法**

例如同样是Compartor接口中，它重新声明了equals方法：

![1lait.png][]

这些是对如下注释的翻译和解释

Conceptually, a functional interface has exactly one abstract
 * method. Since {@linkplain java.lang.reflect.Method#isDefault()
 * default methods} have an implementation, they are not abstract. If
 * an interface declares an abstract method overriding one of the
 * public methods of {@code java.lang.Object}, that also does
 * not count toward the interface's abstract method count
 * since any implementation of the interface will have an
 * implementation from {@code java.lang.Object} or elsewhere.

**如果一个类型被这个注解修饰，那么编译器会要求这个类型必须满足如下条件**

1.  这个类型必须是一个interface，而不是其他的注解类型、枚举enum或者类class
2.  这个类型必须满足function interface的所有要求，如你个包含两个抽象方法的接口增加这个注解，会有编译错误。

* If a type is annotated with this annotation type, compilers are
 * required to generate an error message unless:
 *
 * <ul>
 * <li> The type is an interface type and not an annotation type, enum, or class.
 * <li> The annotated type satisfies the requirements of a functional interface.
 * </ul>

**编译器会自动把满足function interface要求的接口自动识别为function interface，所以你才不需要对上面示例中的`ITest`接口增加@FunctionInterface注解。**

* However, the compiler will treat any interface meeting the
 * definition of a functional interface as a functional interface
 * regardless of whether or not a {@code FunctionalInterface}
 * annotation is present on the interface declaration.

通过了解function interface我们能够知道怎么才能正确的创建一个function interface来做lambda表达式了。接下来的是了解java是怎么把一个函数当做一个对象作为参数使用的。

### 穿越：对象变身函数 ###

让我们重新复盘一下上面最开始的实例：

new Thread(() -> System.out.print("hello world")).start();

我们知道在jdk8以前我们都是这样来执行的：

Runnable r = new Runnable(){
    	System.out.print("hello world");
    };
    new Thread(r).start();

我们知道两者是等价的，也就是说`r` 等价于`()->System.out.print("hello world")`，一个接口对象等于一个lambda表达式？那么lambda表达式肯定做了这些事情（未看任何资料，纯粹推理，有误再改正）：

1.  创建接口对象
2.  实现接口对象
3.  返回接口对象

### 关于`UnaryOperator` ###

上篇文章（[聊一聊JavaFx中的TextFormatter以及一元操作符UnaryOperator][JavaFx_TextFormatter_UnaryOperator]）关于`UnaryOperator`草草收尾，在这里给大家重新梳理一下，关于它的使用场景以及它与lambda表达式的关系

使用场景

要先理解它的作用，它是接受一个参数并返回与该类型同的值，来看一个List怎么用它的，java.util.List中的replaceAll就用它了：

default void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {
 Objects.requireNonNull(operator);
 final ListIterator<E> li = this.listIterator();
 while (li.hasNext()) {
 li.set(operator.apply(li.next()));
 }
 }

我们可以看到这个方法的目的是把list中的值经过operator操作后重新返回一个新值，例如具体调用

List<String> list = new ArrayList<>();
 list.add("abc");
 list.replaceAll(s -> s + "efg");
 
 System.out.println(list);

其中lambda表达式`s->s+"efg"`就是这个operator对象，那么最终list中的值就变成了\[“abcefg”\]，由此我们可以知道它的作用就是**对输入的值再加工，并返回同类型的值**，怎么用就需要你自己扩展发挥了。

与lambda表达式的关系？

在我看来，它跟lambda表达式的关系并不大，只是它是jdk内置的一种标准操作，类似的二元操作符`BinaryOperator`它可以接受两个同类型参数，并返回同类型参数的值。

### 关于UnaryOperator，我们百尺竿头更进一步，深入到核心 ###

先贴出它的源码：

@FunctionalInterface
 public interface UnaryOperator<T> extends Function<T, T> {
 
 /**
 * Returns a unary operator that always returns its input argument.
 *
 * @param <T> the type of the input and output of the operator
 * @return a unary operator that always returns its input argument
 */
 static <T> UnaryOperator<T> identity() {
 return t -> t;
 }
 }

我们看到这个function interface居然没有抽象方法，不，不是没有，我们继续看Function接口：

@FunctionalInterface
 public interface Function<T, R> {
 
 /**
 * Applies this function to the given argument.
 *
 * @param t the function argument
 * @return the function result
 */
 R apply(T t);
 
 /**
 * Returns a composed function that first applies the {@code before}
 * function to its input, and then applies this function to the result.
 * If evaluation of either function throws an exception, it is relayed to
 * the caller of the composed function.
 *
 * @param <V> the type of input to the {@code before} function, and to the
 * composed function
 * @param before the function to apply before this function is applied
 * @return a composed function that first applies the {@code before}
 * function and then applies this function
 * @throws NullPointerException if before is null
 *
 * @see #andThen(Function)
 */
 default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
 Objects.requireNonNull(before);
 return (V v) -> apply(before.apply(v));
 }
 
 /**
 * Returns a composed function that first applies this function to
 * its input, and then applies the {@code after} function to the result.
 * If evaluation of either function throws an exception, it is relayed to
 * the caller of the composed function.
 *
 * @param <V> the type of output of the {@code after} function, and of the
 * composed function
 * @param after the function to apply after this function is applied
 * @return a composed function that first applies this function and then
 * applies the {@code after} function
 * @throws NullPointerException if after is null
 *
 * @see #compose(Function)
 */
 default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
 Objects.requireNonNull(after);
 return (T t) -> after.apply(apply(t));
 }
 
 /**
 * Returns a function that always returns its input argument.
 *
 * @param <T> the type of the input and output objects to the function
 * @return a function that always returns its input argument
 */
 static <T> Function<T, T> identity() {
 return t -> t;
 }
 }

既然他们都被注解为`@FunctionInterface`了，那么他们肯定有一个唯一的抽象方法，那就是`apply`

我们知道`->`lambda表达式它是不需要关心函数名字的，所以不管它叫什么，`apply`也好，`apply1`也好都可以，但jdk肯定要叫一个更加合理的名字，那么我们知道`s -> s + "efg"`中`->`调用的就是`apply`方法

而且我们注意到这里有一个`identity()`的静态方法，它返回一个Function对象，它其实跟lambda表达式关系也不大，它的作用是返回当前function所要表达的lambda含义。相当于创建了一个自身对象。

Function算是lambda的一种扩展应用，这个Function的的作用是`Represents a function that accepts one argument and produces a result.`意思是接受一个参数，并产生（返回）一个结果（类型可不同）。

类似的还有很多Function，都在包java.util.Function中

![ci8vo.png][]

你也可以创建自己的Function，它是用来表达操作是怎样的。如传入的参数是什么，返回的是什么。

其实你只要明白它**抽象的是操作**就可以了。

到此就知道，原来UnaryOperator没啥神秘的，jdk把这些操作放在java.util.function中也正说明了它是一个工具类，是为了提取重复代码，让它可以重用，毕竟需要用到这样的操作的地方太多了，提取是有必要的。

[https_www.cmlanche.com_2018_07_22_lambda_E7_94_A8_E6_B3_95_E4_B8_8E_E6_BA_90_E7_A0_81_E5_88_86_E6_9E_90]: https://www.cmlanche.com/2018/07/22/lambda%E7%94%A8%E6%B3%95%E4%B8%8E%E6%BA%90%E7%A0%81%E5%88%86%E6%9E%90/
[ou8mh.png]: http://pc3aukg6f.bkt.clouddn.com/blog/ou8mh.png
[1lait.png]: http://pc3aukg6f.bkt.clouddn.com/blog/1lait.png
[JavaFx_TextFormatter_UnaryOperator]: https://www.cmlanche.com/2018/07/21/%E8%81%8A%E4%B8%80%E8%81%8AJavaFx%E4%B8%AD%E7%9A%84TextFormater/
[ci8vo.png]: http://pc3aukg6f.bkt.clouddn.com/blog/ci8vo.png