Effective Java 第三版——42.lambda表達式優於匿名類

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《Effective Java, Third Edition》一書英文版已經出版，這本書的第二版想必不少人都讀過，號稱Java四大名著之一，不過第二版2009年出版，到如今已經將近8年的時間，但隨着Java 6，7，8，甚至9的發佈，Java語言發生了深入的變化。
在這裏第一時間翻譯成中文版。供你們學習分享之用。

42.lambda表達式優於匿名類

在Java 8中，添加了函數式接口，lambda表達式和方法引用，以便更容易地建立函數對象。 Stream API隨着其餘語言的修改一同被添加進來，爲處理數據元素序列提供類庫支持。 在本章中，咱們將討論如何充分利用這些功能。

以往，使用單一抽象方法的接口（或者不多使用抽象類）被用做函數類型。 它們的實例（稱爲函數對象）表示函數（functions）或行動（actions）。 自從JDK 1.1於1997年發佈以來，建立函數對象的主要手段就是匿名類（條目 24）。 下面是一段代碼片斷，按照字符串長度順序對列表進行排序，使用匿名類建立排序的比較方法（強制排序順序）：

// 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());

    }

});

匿名類適用於須要函數對象的經典面向對象設計模式，特別是策略模式[Gamma95]。 比較器接口表示排序的抽象策略; 上面的匿名類是排序字符串的具體策略。 然而，匿名類的冗長，使得Java中的函數式編程成爲一種吸引人的前景。

在Java 8中，語言形式化了這樣的概念，即便用單個抽象方法的接口是特別的，應該獲得特別的對待。 這些接口如今稱爲函數式接口，而且該語言容許你使用lambda表達式或簡稱lambda來建立這些接口的實例。 Lambdas在功能上與匿名類類似，但更爲簡潔。 下面的代碼使用lambdas替換上面的匿名類。 樣板不見了，行爲清晰明瞭：

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

Collections.sort(words,

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

請注意，代碼中不存在lambda（Comparator <String>），其參數（s1和s2，都是String類型）及其返回值（int）的類型。 編譯器使用稱爲類型推斷的過程從上下文中推導出這些類型。 在某些狀況下，編譯器將沒法肯定類型，必須指定它們。 類型推斷的規則很複雜：他們在JLS中佔據了整個章節[JLS，18]。 不多有程序員詳細瞭解這些規則，但不要緊。 除非它們的存在使你的程序更清晰，不然省略全部lambda參數的類型。 若是編譯器生成一個錯誤，告訴你它不能推斷出lambda參數的類型，那麼指定它。 有時你可能不得不強制轉換返回值或整個lambda表達式，但這不多見。

關於類型推斷須要注意一點。 條目26告訴你不要使用原始類型，條目29告訴你偏好泛型類型，條目30告訴你偏向泛型方法。 當使用lambda表達式時，這個建議是很是重要的，由於編譯器得到了大部分容許它從泛型進行類型推斷的類型信息。 若是你沒有提供這些信息，編譯器將沒法進行類型推斷，你必須在lambdas中手動指定類型，這將大大增長它們的冗餘度。 舉例來講，若是變量被聲明爲原始類型List而不是參數化類型List <String>，則上面的代碼片斷將不會編譯。

順便提一句，若是使用比較器構造方法代替lambda，則代碼中的比較器能夠變得更加簡潔（條目14，43）：

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

實際上，經過利用添加到Java 8中的List接口的sort方法，可使片斷變得更簡短：

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

將lambdas添加到該語言中，使得使用函數對象在之前沒有意義的地方很是實用。例如，考慮條目34中的Operation枚舉類型。因爲每一個枚舉都須要不一樣的應用程序行爲，因此咱們使用了特定於常量的類主體，並在每一個枚舉常量中重寫了apply方法。爲了刷新你的記憶，下面是以前的代碼：

// 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條目說，枚舉實例屬性比常量特定的類主體更可取。 Lambdas能夠很容易地使用前者而不是後者來實現常量特定的行爲。 僅僅將實現每一個枚舉常量行爲的lambda傳遞給它的構造方法。 構造方法將lambda存儲在實例屬性中，apply方法將調用轉發給lambda。 由此產生的代碼比原始版本更簡單，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);

    }

}

請注意，咱們使用表示枚舉常量行爲的lambdas的DoubleBinaryOperator接口。 這是java.util.function中許多預約義的函數接口之一（條目 44）。 它表示一個函數，它接受兩個double類型參數並返回double類型的結果。

看看基於lambda的Operation枚舉，你可能會認爲常量特定的方法體已經失去了它們的用處，但事實並不是如此。 與方法和類不一樣，lambda沒有名稱和文檔; 若是計算不是自解釋的，或者超過幾行，則不要將其放入lambda表達式中。 一行代碼對於lambda說是理想的，三行代碼是合理的最大值。 若是違反這一規定，可能會嚴重損害程序的可讀性。 若是一個lambda很長或很難閱讀，要麼找到一種方法來簡化它或重構你的程序來消除它。 此外，傳遞給枚舉構造方法的參數在靜態上下文中進行評估。 所以，枚舉構造方法中的lambda表達式不能訪問枚舉的實例成員。 若是枚舉類型具備難以理解的常量特定行爲，沒法在幾行內實現，或者須要訪問實例屬性或方法，那麼常量特定的類主體仍然是行之有效的方法。

一樣，你可能會認爲匿名類在lambda時代已通過時了。 這更接近事實，但有些事情你能夠用匿名類來作，而卻不能用lambdas作。 Lambda僅限於函數式接口。 若是你想建立一個抽象類的實例，你可使用匿名類來實現，但不能使用lambda。 一樣，你可使用匿名類來建立具備多個抽象方法的接口實例。 最後，lambda不能得到對自身的引用。 在lambda中，this關鍵字引用封閉實例，這一般是你想要的。 在匿名類中，this關鍵字引用匿名類實例。 若是你須要從其內部訪問函數對象，則必須使用匿名類。

Lambdas與匿名類共享沒法可靠地序列化和反序列化實現的屬性。所以，應該不多(若是有的話)序列化一個lambda(或一個匿名類實例)。若是有一個想要進行序列化的函數對象，好比一個Comparator，那麼使用一個私有靜態嵌套類的實例（條目 24）。

綜上所述，從Java 8開始，lambda是迄今爲止表示小函數對象的最佳方式。 除非必須建立非函數式接口類型的實例，不然不要使用匿名類做爲函數對象。 另外，請記住，lambda表達式使表明小函數對象變得如此簡單，以致於它爲功能性編程技術打開了一扇門，這些技術在Java中之前並不實用。