你真的了解lambda吗?一文让你明白lambda用法与源码分析

用法

示例:最普遍的一个例子,执行一个线程

  1. newThread(() -> System.out.print("hello world")).start();

->我们发现它指向的是 Runnable接口
  1. @FunctionalInterface
  2. publicinterfaceRunnable {
  3.    /**
  4.     * When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
  5.     * to create a thread, starting the thread causes the object's
  6.     * <code>run</code> method to be called in that separately executing
  7.     * thread.
  8.     * <p>
  9.     * The general contract of the method <code>run</code> is that it may
  10.     * take any action whatsoever.
  11.     *
  12.     * @see     java.lang.Thread#run()
  13.     */
  14.    publicabstractvoid run();
  15. }

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。

  1. /* @jls 4.3.2. The Class Object
  2. * @jls 9.8 Functional Interfaces
  3. * @jls 9.4.3 Interface Method Body
  4. * @since 1.8
  5. */
  6. @Documented
  7. @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
  8. @Target(ElementType.TYPE)
  9. public@interfaceFunctionalInterface {}

由此引发的一些案例

有参数有返回值的实例:集合排序

  1. List<String> list = newArrayList<>();
  2. Collections.sort(list, (o1, o2) -> {
  3.    if(o1.equals(o2)) {
  4.        return1;
  5.    }
  6.    return -1;
  7. })

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
  1. @FunctionalInterface
  2. publicinterfaceComparator<T> {
  3.    int compare(T o1, T o2);
  4. }

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

  • 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:

  1. publicclassMain {
  2. interfaceITest {
  3. int test(String string);
  4.       }
  5. staticvoidPrint(ITest test) {
  6. test.test("hello world");
  7.       }
  8. publicstaticvoid main(String[] args) {
  9.     Print(string -> {
  10.          System.out.println(string);
  11.        return0;
  12.           });
  13.       }
  14.   }

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

  • 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:
  1. package java.lang;
  2. import java.lang.annotation.*;
  3. /**
  4. * An informative annotation type used to indicate that an interface
  5. * type declaration is intended to be a <i>functional interface</i> as
  6. * defined by the Java Language Specification.
  7. *
  8. * Conceptually, a functional interface has exactly one abstract
  9. * method.  Since {@linkplain java.lang.reflect.Method#isDefault()
  10. * default methods} have an implementation, they are not abstract.  If
  11. * an interface declares an abstract method overriding one of the
  12. * public methods of {@code java.lang.Object}, that also does
  13. * <em>not</em> count toward the interface's abstract method count
  14. * since any implementation of the interface will have an
  15. * implementation from {@code java.lang.Object} or elsewhere.
  16. *
  17. * <p>Note that instances of functional interfaces can be created with
  18. * lambda expressions, method references, or constructor references.
  19. *
  20. * <p>If a type is annotated with this annotation type, compilers are
  21. * required to generate an error message unless:
  22. *
  23. * <ul>
  24. * <li> The type is an interface type and not an annotation type, enum, or class.
  25. * <li> The annotated type satisfies the requirements of a functional interface.
  26. * </ul>
  27. *
  28. * <p>However, the compiler will treat any interface meeting the
  29. * definition of a functional interface as a functional interface
  30. * regardless of whether or not a {@code FunctionalInterface}
  31. * annotation is present on the interface declaration.
  32. *
  33. * @jls 4.3.2. The Class Object
  34. * @jls 9.8 Functional Interfaces
  35. * @jls 9.4.3 Interface Method Body
  36. * @since 1.8
  37. */
  38. @Documented
  39. @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
  40. @Target(ElementType.TYPE)
  41. public@interfaceFunctionalInterface {}

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?

  • 一种给interface做注解的注解类型,被定义成java语言规范。

  1. * An informative annotation type used to indicate that an interface
  2. * type declaration is intended to be a <i>functional interface</i> as
  3. * defined by the JavaLanguageSpecification.

  • 一个被它注解的接口只能有一个抽象方法,有两种例外。

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

你真的了解lambda吗?一文让你明白lambda用法与源码分析
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:

你真的了解lambda吗?一文让你明白lambda用法与源码分析

这些是对如下注释的翻译和解释。

  1. * Conceptually, a functional interface has exactly one abstract
  2. * method.  Since {@linkplain java.lang.reflect.Method#isDefault()
  3. * default methods} have an implementation, they are not abstract.  If
  4. * an interface declares an abstract method overriding one of the
  5. * public methods of {@code java.lang.Object}, that also does
  6. * <em>not</em> count toward the interface's abstract method count
  7. * since any implementation of the interface will have an
  8. * 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。

  1. * <p>If a type is annotated with this annotation type, compilers are
  2. * required to generate an error message unless:
  3. *
  4. * <ul>
  5. * <li> The type is an interface type and not an annotation type, enum, or class.
  6. * <li> The annotated type satisfies the requirements of a functional interface.
  7. * </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。

  1. * <p>However, the compiler will treat any interface meeting the
  2. * definition of a functional interface as a functional interface
  3. * regardless of whether or not a {@codeFunctionalInterface}
  4. * 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:
  1. newThread(() -> System.out.print("hello world")).start();

我们知道在jdk8以前我们都是这样来执行的:
  1. Runnable r = newRunnable(){
  2.    System.out.print("hello world");
  3. };
  4. newThread(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)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:
  1.    defaultvoid replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {
  2.        Objects.requireNonNull(operator);
  3.        finalListIterator<E> li = this.listIterator();
  4.        while (li.hasNext()) {
  5.            li.set(operator.apply(li.next()));
  6.        }
  7.    }

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。
  1.        List<String> list = newArrayList<>();
  2.        list.add("abc");
  3.        list.replaceAll(s -> s + "efg");
  4.        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:
  1. @FunctionalInterface
  2. publicinterfaceUnaryOperator<T> extendsFunction<T, T> {
  3.    /**
  4.     * Returns a unary operator that always returns its input argument.
  5.     *
  6.     * @param <T> the type of the input and output of the operator
  7.     * @return a unary operator that always returns its input argument
  8.     */
  9.    static <T> UnaryOperator<T> identity() {
  10.        return t -> t;
  11.    }
  12. }

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。
  1. @FunctionalInterface
  2. publicinterfaceFunction<T, R> {
  3.    /**
  4.     * Applies this function to the given argument.
  5.     *
  6.     * @param t the function argument
  7.     * @return the function result
  8.     */
  9.    R apply(T t);
  10.    /**
  11.     * Returns a composed function that first applies the {@code before}
  12.     * function to its input, and then applies this function to the result.
  13.     * If evaluation of either function throws an exception, it is relayed to
  14.     * the caller of the composed function.
  15.     *
  16.     * @param <V> the type of input to the {@code before} function, and to the
  17.     *           composed function
  18.     * @param before the function to apply before this function is applied
  19.     * @return a composed function that first applies the {@code before}
  20.     * function and then applies this function
  21.     * @throws NullPointerException if before is null
  22.     *
  23.     * @see #andThen(Function)
  24.     */
  25.    default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
  26.        Objects.requireNonNull(before);
  27.        return (V v) -> apply(before.apply(v));
  28.    }
  29.    /**
  30.     * Returns a composed function that first applies this function to
  31.     * its input, and then applies the {@code after} function to the result.
  32.     * If evaluation of either function throws an exception, it is relayed to
  33.     * the caller of the composed function.
  34.     *
  35.     * @param <V> the type of output of the {@code after} function, and of the
  36.     *           composed function
  37.     * @param after the function to apply after this function is applied
  38.     * @return a composed function that first applies this function and then
  39.     * applies the {@code after} function
  40.     * @throws NullPointerException if after is null
  41.     *
  42.     * @see #compose(Function)
  43.     */
  44.    default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
  45.        Objects.requireNonNull(after);
  46.        return (T t) -> after.apply(apply(t));
  47.    }
  48.    /**
  49.     * Returns a function that always returns its input argument.
  50.     *
  51.     * @param <T> the type of the input and output objects to the function
  52.     * @return a function that always returns its input argument
  53.     */
  54.    static <T> Function<T, T> identity() {
  55.        return t -> t;
  56.    }
  57. }

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 Representsafunctionthat accepts one argumentandproduces 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。

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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。
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