一文了解 lambda 用法与源码分析

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来源 | cmlanche.com/2018/07/22/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. new Thread(() -> System.out.print("hello world")).start();

->我们发现它指向的是 Runnable接口

1. @FunctionalInterface

2. public interface Runnable {

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.    public abstract void 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 @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

1. List<String> list = new ArrayList<>();

2. Collections.sort(list, (o1, o2) -> {

3.    if(o1.equals(o2)) {

4.        return 1;

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. public interface Comparator<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. public class Main {

2. interface ITest {

3. int test(String string);

4.       }

5. static void Print(ITest test) {

6. test.test("hello world");

7.       }

8. public static void main(String[] args) {

9.     Print(string -> {

10.          System.out.println(string);

11.        return 0;

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 @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？

• 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 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。

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：

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：

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 {@code FunctionalInterface}

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. 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：

1. Runnable r = new Runnable(){

2.    System.out.print("hello world");

3. };

4. 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）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.    default void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {

2.        Objects.requireNonNull(operator);

3.        final ListIterator<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 = new ArrayList<>();

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. public interface UnaryOperator<T> extends Function<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. public interface Function<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。

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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