Lambda表達(dá)式

簡(jiǎn)介：

Lambda表達(dá)式本質(zhì)上是一種匿名方法锤灿，能將該方法作為參數(shù)傳入其他方法中甜紫，用法上與一個(gè)只需實(shí)現(xiàn)一個(gè)方法的匿名內(nèi)部類很相似揽碘，Lambda表達(dá)式能完全取代這種匿名內(nèi)部類的位置蝉娜，且擁有著更簡(jiǎn)潔的寫(xiě)法和更好的可讀性丙者。

用法：

//  ( /*參數(shù)列表*/ )->{ /*具體實(shí)現(xiàn)*/ }
public class MyClass {
    String s="OutString";
    public static void main(String[] args){
        //  比較常用的進(jìn)程的定義
        // 匿名內(nèi)部類的寫(xiě)法
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //具體實(shí)現(xiàn)
                s="change";    
                // 使用外部成員時(shí)花墩，會(huì)隱式地將其指定為final類型悬秉，無(wú)法更改其值，故該部分錯(cuò)誤
            }
        }).start();

        // Lambda表達(dá)式
        new Thread(()->{
            //具體實(shí)現(xiàn)
        }).start();

        //需要參數(shù)的情況冰蘑，在此定義一個(gè)Button button=new Button();
        button.setOnClickListener((v)->{    //能識(shí)別形參的參數(shù)類型和泌，多個(gè)參數(shù)用逗號(hào)隔開(kāi)
            //具體實(shí)現(xiàn)
        });

        test(()->s);    //當(dāng)只有一行代碼時(shí)不需要“{}”，且能自動(dòng)識(shí)別返回類型
    }
    public static void test(testClass s){}
}
interface testClass{
    String m();
}

Lambda表達(dá)式與匿名類的區(qū)別：

如果只是想知道什么場(chǎng)合祠肥、怎么使用Lambda表達(dá)式武氓，上面的部分就足夠了，接下來(lái)將對(duì)Java是如何具體實(shí)現(xiàn)Lambda表達(dá)式和匿名內(nèi)部類做出介紹仇箱，會(huì)發(fā)現(xiàn)县恕，兩者有著本質(zhì)的不同。

靜態(tài)類型語(yǔ)言與動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言

Java是靜態(tài)類型語(yǔ)言剂桥，舉個(gè)栗子：

obj.println("Hello world");

顯然忠烛，這行代碼需要一個(gè)具體的上下文才有討論的意義，假設(shè)它在Java語(yǔ)言中权逗，并且變量obj的類型為java.io.PrintStream美尸，那obj的值就必須是PrintStream的子類（實(shí)現(xiàn)了PrintStream接口的類）才是合法的冤议。否則，哪怕obj擁有一個(gè)println(String)方法师坎，但與PrintStream接口沒(méi)有繼承關(guān)系恕酸，代碼依然不能運(yùn)行——因?yàn)轭愋蜋z查不合法。
　　但是相同的代碼在動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言ECMAScript（JavaScript）中情況則不一樣屹耐，無(wú)論obj具體是何種類型，只要這種類型的定義中確實(shí)包含有println(String)方法椿猎，那方法調(diào)用便可成功惶岭。
　　這種差別產(chǎn)生的原因是Java語(yǔ)言在編譯期間卻已將println(String)方法完整的符號(hào)引用（本例中為一項(xiàng)CONSTANT_InterfaceMethodref_info常量）生成出來(lái)，作為方法調(diào)用指令的參數(shù)存儲(chǔ)到Class文件中犯眠，例如下面這個(gè)例子：

public void print(){
    PrintStream printStream=System.out;
    printStream.println("Hello world");
}
//對(duì)應(yīng)的.class文件按灶，在命令行中使用“javap -c *.class”命令查看
public void print();
  Code:
     0: getstatic     #2  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
     3: astore_1
     4: aload_1
     5: ldc           #3  // String Hello world
     7: invokevirtual #4   // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
     10: return

這個(gè)符號(hào)引用（Code的“7: invokevirtual ……”部分）包含了此方法定義在哪個(gè)具體類型之中、方法的名字以及參數(shù)順序筐咧、參數(shù)類型和方法返回值等信息鸯旁，通過(guò)這個(gè)符號(hào)引用，虛擬機(jī)就可以翻譯出這個(gè)方法的直接引用（譬如方法內(nèi)存地址或者其他實(shí)現(xiàn)形式）量蕊。而在ECMAScript等動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言中铺罢，變量obj本身是沒(méi)有類型的，變量obj的值才具有的類型残炮，編譯時(shí)候最多只能確定方法名稱韭赘、參數(shù)、返回值這些信息势就，而不會(huì)去確定方法所在的具體類型（方法接收者不固定）泉瞻。“變量無(wú)類型而變量值才有類型”這個(gè)特點(diǎn)也是動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言的一個(gè)重要特征苞冯。

Java的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)

JDK 7時(shí)Java在虛擬機(jī)層面提供了動(dòng)態(tài)類型的直接支持：invokedynamic和java.lang.invoke包袖牙，為L(zhǎng)ambda表達(dá)式的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。
　　在此對(duì)invokedynamic指令做簡(jiǎn)單介紹：每一處含有invokedynamic指令的位置都被稱作“動(dòng)態(tài)調(diào)用點(diǎn)（Dynamic Call Site）”舅锄，這條指令的第一個(gè)參數(shù)不再是代表方法符號(hào)引用的CONSTANT_Methodref_info常量鞭达，而是變?yōu)镴DK 7新加入的CONSTANT_InvokeDynamic_info常量，從這個(gè)新常量中可以得到3項(xiàng)信息：引導(dǎo)方法（Bootstrap Method皇忿，此方法存放在新增的BootstrapMethods屬性中）碉怔、方法類型（MethodType）和名稱。引導(dǎo)方法是有固定的參數(shù)禁添，并且返回值是java.lang.invoke.CallSite對(duì)象撮胧，這個(gè)代表真正要執(zhí)行的目標(biāo)方法調(diào)用。根據(jù)CONSTANT_InvokeDynamic_info常量中提供的信息老翘，虛擬機(jī)可以找到并且執(zhí)行引導(dǎo)方法芹啥，從而獲得一個(gè)CallSite對(duì)象锻离，最終調(diào)用要執(zhí)行的目標(biāo)方法上。

invokedynamic #123, 0 // InvokeDynamic #0:testMethod:(Ljava/lang/String;)V   
//“#123”表示從常量池第123項(xiàng)獲取常量（CONSTANT_InvokeDynamic_info常量）
//0表示BootstrapMethods屬性表第0項(xiàng)
//其內(nèi)容則是“testMethod:(Ljava/lang/String;)V”

Lambda表達(dá)式的本質(zhì)

Java無(wú)法將方法作為參數(shù)傳遞給其他方法墓怀，因此大多數(shù)情況下會(huì)定義一個(gè)包含一個(gè)抽象方法的接口用來(lái)作為方法的載體汽纠。Lambda表達(dá)式彌補(bǔ)了這一點(diǎn)，Lambda表達(dá)式的本質(zhì)是一個(gè)抽象方法傀履，可以將其作為參數(shù)傳遞虱朵。

public class MyClass {
    public void print (){
        new Thread(()-> {}).start();    //使用Lambda表達(dá)式
    }
}
//其對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼
public class com.example.MyClass {
  public com.example.MyClass();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public void print();
    Code:
       0: new           #2                  // class java/lang/Thread
       3: dup
       4: invokedynamic #3,  0              // InvokeDynamic #0:run:()Ljava/lang/Runnable;
       9: invokespecial #4                  // Method java/lang/Thread."<init>":(Ljava/lang/Runnable;)V
      12: invokevirtual #5                  // Method java/lang/Thread.start:()V
      15: return
}

4: invokedynamic #3,  0              // InvokeDynamic #0:run:()Ljava/lang/Runnable;

此為L(zhǎng)ambda表達(dá)式對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼，可以看到這里調(diào)用run方法钓账，返回java.lang.Runnable類型的對(duì)象碴犬，然后以此構(gòu)建Thread對(duì)象。

匿名內(nèi)部類與Lambda表達(dá)式的對(duì)比

觀察匿名內(nèi)部類的實(shí)現(xiàn)：

public class MyClass {
    public void print (){
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {}
        }).start();
    }
}
//MyClass.class其對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼
public class com.example.MyClass {
  public com.example.MyClass();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public void print();
    Code:
       0: new           #2                  // class java/lang/Thread
       3: dup
       4: new           #3                  // class com/example/MyClass$1
       7: dup
       8: aload_0
       9: invokespecial #4                  // Method com/example/MyClass$1."<init>":(Lcom/example/MyClass;)V
      12: invokespecial #5                  // Method java/lang/Thread."<init>":(Ljava/lang/Runnable;)V
      15: invokevirtual #6                  // Method java/lang/Thread.start:()V
      18: return
}
//MyClass$1.class其對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼
class com.example.MyClass$1 implements java.lang.Runnable {
  final com.example.MyClass this$0;

  com.example.MyClass$1(com.example.MyClass);
    Code:
       0: aload_0
       1: aload_1
       2: putfield      #1                  // Field this$0:Lcom/example/MyClass;
       5: aload_0
       6: invokespecial #2                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       9: return

  public void run();
    Code:
       0: return
}

從中可以看出梆暮，匿名內(nèi)部類首先構(gòu)造了一個(gè)MyClass$1類的對(duì)象（該類繼承Runnable接口）服协，然后使用該對(duì)象構(gòu)造Thread對(duì)象，事實(shí)上啦粹，在MyClass.class文件所在的文件夾中同時(shí)存在MyClass$1.class文件偿荷。由此可看出，匿名內(nèi)部類的實(shí)現(xiàn)就是由編譯器構(gòu)建一個(gè)繼承對(duì)應(yīng)接口的類唠椭。
　　由此可得知Lambda表達(dá)式是方法跳纳，匿名內(nèi)部類是類，明白了這些贪嫂，很多事情就簡(jiǎn)單了棒旗，如：兩者如何接受外部類變量和外部方法變量？
　　Lambda以方法參數(shù)的形式接收：

public class MyClass {
    String classString="Hellow";    //外部類變量
    public void print (){
        String functionString="World";    //外部方法變量
        new Thread(()->{
            String a=classString+functionString;
        }).start();
    }
}
//對(duì)應(yīng)字節(jié)碼
  public com.example.MyClass();
    Code:
       ……

  public void print();
    Code:
       ……
       9: invokedynamic #6,  0              // InvokeDynamic #0:run:(Lcom/example/MyClass;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Runnable;
      //run方法多了兩個(gè)參數(shù)撩荣，一個(gè)指向外部類铣揉，一個(gè)指向外部方法中的String變量
      14: invokespecial #7                  // Method java/lang/Thread."<init>":(Ljava/lang/Runnable;)V
      17: invokevirtual #8                  // Method java/lang/Thread.start:()V
      20: return
}

內(nèi)部類則是將變量添加入自身屬性列表：

class com.example.MyClass$1 implements java.lang.Runnable {
  final java.lang.String val$functionString;    
  //外部方法中的String變量對(duì)應(yīng)的常量，內(nèi)部使用時(shí)才存在

  final com.example.MyClass this$0;    
  //指向MyClass的常量一直存在餐曹，不管內(nèi)部有沒(méi)有使用外部類的屬性

  com.example.MyClass$1(com.example.MyClass, java.lang.String);
    Code:
       0: aload_0
       1: aload_1
       2: putfield      #1                  // Field this$0:Lcom/example/MyClass;
       5: aload_0
       6: aload_2
       7: putfield      #2                  // Field val$functionString:Ljava/lang/String;
      10: aload_0
      11: invokespecial #3                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
      14: return

  public void run();
    Code:
       ……
      28: return
}

對(duì)比之前方法體為空的字節(jié)碼可以看出逛拱，內(nèi)部類會(huì)一直有一個(gè)指向外部類的指針，而Lambda表達(dá)式只有在使用到外部類的屬性時(shí)台猴，才會(huì)接收該參數(shù)朽合。

Q&A：

Lambda表達(dá)式和匿名類均能直接訪問(wèn)外部方法的局部變量和外部類的屬性，但訪問(wèn)時(shí)卻隱式的指定所訪問(wèn)的成員是final（訪問(wèn)外部類的屬性是通過(guò)指向外部類的指針完成的饱狂，該指針是final類型）曹步，為什么？

匿名內(nèi)部類訪問(wèn)外部成員時(shí)休讳，會(huì)將所訪問(wèn)的成員復(fù)制到類內(nèi)）讲婚，其原因是所訪問(wèn)的成員與匿名內(nèi)部類生命周期的不同，當(dāng)方法執(zhí)行完畢后俊柔，局部變量就會(huì)被清理筹麸，但匿名類可能依舊存在活合，因此需要將其復(fù)制到內(nèi)部。為了保證復(fù)制品與原始變量的一致物赶，將其指定為final類型（Lambda表達(dá)式也是同樣的道理）白指。JDK 8之后，檢測(cè)條件寬松了許多酵紫，只要所使用的屬性在之后的代碼中告嘲，其值不會(huì)改變即可，不一定非要指定為final奖地，但在JDK 8之前橄唬，外部方法中的局部變量需定義為final。

參考資料：

周志明.深入理解Java虛擬機(jī)——JVM高級(jí)特性與最佳實(shí)踐