42. lambda 表达式优于匿名类

在 Java 8 中，添加了函数式接口，lambda 表达式和方法引用，以便更容易地创建函数对象。 Stream API 随着其他语言的修改一同被添加进来，为处理数据元素序列提供类库支持。 在本章中，我们将讨论如何充分利用这些功能。

以往，使用单一抽象方法的接口（或者很少使用的抽象类）被用作函数类型。 它们的实例（称为函数对象）表示函数（functions）或行动（actions）。 自从 JDK 1.1 于 1997 年发布以来，创建函数对象的主要手段就是匿名类（详见第 24 条）。 下面是一段代码片段，按照字符串长度顺序对列表进行排序，使用匿名类创建排序的比较方法（强制排序顺序）：

// 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());
    }
});

匿名类适用于需要函数对象的经典面向对象设计模式，特别是策略模式[Gamma95]。 比较器接口表示排序的抽象策略; 上面的匿名类是排序字符串的具体策略。 然而，匿名类的冗长，使得 Java 中的函数式编程成为一种不吸引人的设想。

在 Java 8 中，语言形式化了这样的概念，即使用单个抽象方法的接口是特别的，应该得到特别的对待。 这些接口现在称为函数式接口，并且该语言允许你使用 lambda 表达式或简称 lambdas 来创建这些接口的实例。 Lambdas 在功能上与匿名类相似，但更为简洁。 下面的代码使用 lambdas 替换上面的匿名类。 样板不见了，行为清晰明了：

// Lambda expression as function object (replaces anonymous class)
Collections.sort(words,
        (s1, s2) -> Integer.compare(s1.length(), s2.length()));

请注意，代码中不存在 lambda（Comparator <String>），其参数（s1 和 s2，都是 String 类型）及其返回值（int）的类型。 编译器使用称为类型推断的过程从上下文中推导出这些类型。 在某些情况下，编译器将无法确定类型，必须指定它们。 类型推断的规则很复杂：他们在 JLS 中占据了整个章节[JLS，18]。 很少有程序员详细了解这些规则，但没关系。 除非它们的存在使你的程序更清晰，否则省略所有 lambda 参数的类型。 如果编译器生成一个错误，告诉你它不能推断出 lambda 参数的类型，那么指定它。 有时你可能不得不强制转换返回值或整个 lambda 表达式，但这很少见。

关于类型推断需要注意一点。 条目 26 告诉你不要使用原始类型，条目 29 告诉你偏好泛型类型，条目 30 告诉你偏向泛型方法。 当使用 lambda 表达式时，这个建议是非常重要的，因为编译器获得了大部分允许它从泛型进行类型推断的类型信息。 如果你没有提供这些信息，编译器将无法进行类型推断，你必须在 lambdas 中手动指定类型，这将大大增加它们的冗余度。 举例来说，如果变量被声明为原始类型 List 而不是参数化类型 List<String>，则上面的代码片段将不会编译。

顺便提一句，如果使用比较器构造方法代替 lambda，则代码中的比较器可以变得更加简洁（详见第 14 和 43 条）：

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

实际上，通过利用添加到 Java 8 中的 List 接口的 sort 方法，可以使片段变得更简短：

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

将 lambdas 添加到该语言中，使得使用函数对象在以前没有意义的地方非常实用。例如，考虑条目 34 中的 Operation 枚举类型。由于每个枚举都需要不同的应用程序行为，所以我们使用了特定于常量的类主体，并在每个枚举常量中重写了 apply 方法。为了刷新你的记忆，下面是之前的代码：

// 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 条目说，枚举实例属性比常量特定的类主体更可取。 Lambdas 可以很容易地使用前者而不是后者来实现常量特定的行为。 仅仅将实现每个枚举常量行为的 lambda 传递给它的构造方法。 构造方法将 lambda 存储在实例属性中，apply 方法将调用转发给 lambda。 由此产生的代码比原始版本更简单，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);
    }
}

请注意，我们使用表示枚举常量行为的 lambdas 的 DoubleBinaryOperator 接口。 这是 java.util.function 中许多预定义的函数接口之一（详见第 44 条）。 它表示一个函数，它接受两个 double 类型参数并返回 double 类型的结果。

看看基于 lambda 的 Operation 枚举，你可能会认为常量特定的方法体已经失去了它们的用处，但事实并非如此。 与方法和类不同，lambda 没有名称和文档; 如果计算不是自解释的，或者超过几行，则不要将其放入 lambda 表达式中。 一行代码对于 lambda 说是理想的，三行代码是合理的最大值。 如果违反这一规定，可能会严重损害程序的可读性。 如果一个 lambda 很长或很难阅读，要么找到一种方法来简化它或重构你的程序来消除它。 此外，传递给枚举构造方法的参数在静态上下文中进行评估。 因此，枚举构造方法中的 lambda 表达式不能访问枚举的实例成员。 如果枚举类型具有难以理解的常量特定行为，无法在几行内实现，或者需要访问实例属性或方法，那么常量特定的类主体仍然是行之有效的方法。

同样，你可能会认为匿名类在 lambda 时代已经过时了。 这更接近事实，但有些事情你可以用匿名类来做，而却不能用 lambdas 做。 Lambda 仅限于函数式接口。 如果你想创建一个抽象类的实例，你可以使用匿名类来实现，但不能使用 lambda。 同样，你可以使用匿名类来创建具有多个抽象方法的接口实例。 最后，lambda 不能获得对自身的引用。 在 lambda 中，this 关键字引用封闭实例，这通常是你想要的。 在匿名类中，this 关键字引用匿名类实例。 如果你需要从其内部访问函数对象，则必须使用匿名类。

Lambdas 与匿名类共享无法可靠地序列化和反序列化实现的属性。因此，应该很少 (如果有的话) 序列化一个 lambda(或一个匿名类实例)。 如果有一个想要进行序列化的函数对象，比如一个 Comparator，那么使用一个私有静态嵌套类的实例（详见第 24 条）。

综上所述，从 Java 8 开始，lambda 是迄今为止表示小函数对象的最佳方式。 除非必须创建非函数式接口类型的实例，否则不要使用匿名类作为函数对象。 另外，请记住，lambda 表达式使代表小函数对象变得如此简单，以至于它为功能性编程技术打开了一扇门，这些技术在 Java 中以前并不实用。