和Java 8 的Lambdas的第一次亲密接触

        英文原文：Java 8: The First Taste of Lambdas

        Lambda 工程是即将 到来的 Java8 的一大主题，可能也是程序员们最期待已久的东西。随着 Java lambdas 的到来，还有一个有趣的东西被附带的加进了 Java 语言——defender (守卫者)方法。在这篇文章里，我的目的是要看看面纱后的东西——看看在运行时环境里 lambdas 是表现的，在方法的调度过程中涉及到哪些字节码指令。

        尽管 Java 8 还没有正式发布，我们仍然可以下载各种平台上的早期预览版，在其上做简单的尝试。

        你也想试试 lambdas，是吗？

        如果你熟悉其它的还有 lambda 表达式的编程语言，比如 Groovy 或 Ruby，当第一眼看到 Java 里的 lambda 时，你也许会吃惊于它的不简单。在 Java 里，lambda 表达式是“SAM”(Single Abstract Method)——一个含有一个抽象方法的接口(是的，现在接口里可以含有一个非抽象的方法，defender 守卫方法)。

        举个例子，大家熟知的Runnable接口就可以完美的被当作一个 SAM 类型：

Runnable r = () -> System.out.println ("hello lambda!");

        这同样也适用于 Comparable 接口：

Comparator cmp = (x, y) -> (x < y) ? -1 : ((x > y) ? 1 : );

        写成下面的样子也是一样的：

Comparator cmp = (x, y) -> {    return (x < y) ? -1 : ((x > y) ? 1 : );  };

        从中可以看出，单行的 lambda 表达式似乎是隐含了一个return语句。

        那么，如何写一个能接受 lambda 表达式作为参数的方法呢？这样，你需要先把这个参数声明成函数式的接口，然后把 lambda 传入：

interface Action {     void run (String param);  }public void execute (Action action){     action.run ("Hello!");  }

        一旦有了一个能将函数式接口作为参数的方法，我们就可以像下面这样调用它：

execute ((String s) -> System.out.println (s));

        还可以更简洁，这个表达式可以被替换成对一个方法的引用，因为它只是单个方法，而且它们的参数是相同的：

execute (System.out::println);

        然而，如果参数上有任何其它形式的变化，我们就不能直接引用方法，必须写全 lambda 表达式：

execute ((String s) -> System.out.println ("*" + s + "*"));

        我觉得这种语法还是相当漂亮的，现在，Java 语言里有了一个非常优雅的 lambdas 解决方案，尽管 Java 里并不存在函数式类型。

        JDK 8 里的函数式接口

        我们已经知道，lambda 在运行时的表现形式是一个函数式的接口(或“SAM 类型”)——只有一个抽象方法的接口。尽管 JDK 里已经有了不少这样的接口，例如Runnable 和 Comparable ，它们符合这种标准，但很显然，对于一个新 API 的进化来说，这是不够的。我们不可能所有地方都用 Runnables 接口。

        在 JDK 8 里有个新包，java.util.function，里面包含了很多函数式接口，都是提供在新 API 里使用的。我不想把它们全列出来——你们自己可以去看一下，学习一下这个新包 

        但看起来这个新包在不断的变化，经常性的一些新接口会出现而另一些会消失。例如，以前曾有过 java.util.function.Block 这个类，最新的版本中却没有它，我写这篇博客时使用的版本是：

anton$ java -version  openjdk version "1.8.0-ea" OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.-ea-b75)  OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.0-b15, mixed mode)

        我研究发现，它现在被 Consumer 接口替代，collection 包里的所有新方法都将使用它。例如，Collection接口里定义了forEach方法，如下：

public default void forEach (Consumer consumer) {    for (T t : this) {      consumer.accept (t);    }  }

        Consumer接口里一个有趣地方是，它实际上定义了一个抽象方法——accept (T t)和一个 defender 方法——Consumer chain (Consumer consumer)。这就是说你可以链式调用这个接口。我不确定如何使用，因为我在 JDK 包里没有找到chain (..)的使用方法说明。

        我还发现所有的接口都使用了@FunctionalInterface 运行时注注解注释。这个注释不仅仅是个说明，它还被 javac 使用来验证这个接口是否真是一个函数式接口，是否至少有一个抽象方法在里面。

        所以，如果我们来编译下面的这段代码

@FunctionalInterfaceinterface Action {    void run (String param);    void stop (String param);  }

        编译器会告诉我们：

java: Unexpected @FunctionalInterface annotation    Action is not a functional interface     multiple non-overriding abstract methods found in interface Action

        而下面的就能编译通过：

@FunctionalInterfaceinterface Action {    void run (String param);    default void stop (String param){}  }

        反编译 lambdas

        我对语法语言特征其实并不是很好奇，我更好奇的是这些特征在运行时的表现形式，这就是为什么我像往常一样，拿起我喜爱的javap工具，开始查看 lambdas 里的这些类的字节码。

        目前(在 Java 7 之前)，如果你想在 Java 里模拟 lambdas，你需要定义一个匿名的内部类。它在编译后会产生一个具体的 class。如果你在一段代码里定义了多个这样的类，你会发现这些类后面会跟着一些数字。那 lambdas 也会这样吗？

        看看下面的这段代码：

public class Main {      @FunctionalInterface    interface Action {      Object run (String s);    }      public void action (Action action){      action.run ("Hello!");    }      public static void main (String[] args) {      new Main () .action ((String s) -> System.out.print ("*" + s + "*"));    }    }

        编译产生了两个类文件：Main.class 和 Main$Action.class，没有匿名类实现里那样的序号化的类。那么，在Main.class里应该会有一些东西来代表我在 main 方法里定义的 lambdas 表达式的实现。

$ javap -p Main     Warning: Binary file Main contains com.zt.Main  Compiled from "Main.java" public class com.zt.Main {    public com.zt.Main ();    public void action (com.zt.Main$Action);    public static void main (java.lang.String[]);    private static java.lang.Object lambda$(java.lang.String);  }

        啊哈！编译类了产生了lambda$0方法！使用-c -v指示符会让我们看到真正的字节码，以及常量池的定义。

        main 方法里显示，invokedynamic 被用来调度这个调用：

public static void main (java.lang.String[]);    Code:     : new #4 // class com/zt/Main 3: dup               4: invokespecial #5 // Method "":()V 7: invokedynamic #6,  // InvokeDynamic   #0:lambda:() Lcom/zt/Main$Action; 12: invokevirtual #7 // Method action:(Lcom/zt/Main$Action;)V 15: return

        而在常量池里，你也可以找到运行时的启动方法：

BootstrapMethods:: #40 invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metaFactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;  Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;  Ljava/lang/invoke/MethodType;) Ljava/lang/invoke/CallSite;    Method arguments:      #41 invokeinterface com/zt/Main$Action.run:(Ljava/lang/String;) Ljava/lang/Object;      #42 invokestatic com/zt/Main.lambda$:(Ljava/lang/String;) Ljava/lang/Object;      #43 (Ljava/lang/String;) Ljava/lang/Object;

        你会发现到处都是在使用 MethodHandle API，但我们现在不打算深入到里面。现在我们可以确认一点，我们的定义是引用了编译出来lambda$0方法。

        我很好奇，如果我定义一个相同名字的静态方法会怎样——毕竟“lambda$0”是一个有效的标识符！于是，我定义了自己的lambda$0方法：

public static Object lambda$(String s){ return null; }

        而编译失败，编译器不允许我在代码了拥有这个方法：

java: the symbol lambda$(java.lang.String) conflicts with a              compiler-synthesized symbol in com.zt.Main

        同时，如果我删掉这段定义 lambdas 表达式的代码，程序能顺利编译通过。这就是说，lambdas 表达式在编译期间会比类里的其它数据早先分析，不过这只是我的猜测。

        请注意：在这个例子中，lambda 并没有去引用任何变量，也没有引用类内部的任何方法。这就是为什么产生的lambda$0方法是静态的。如果 lambdas 引用了上下文中的变量或方法，那生成的将是一个非静态方法。所以，不要被这个例子误导——lambdas 是可以捕获上下文环境内容的！

        总结 lambdas

        我可以毫无疑问的说，lambdas 和伴随它一起的各种特征(守卫方法(defender)

        ,升级的集合类库)将很快给 Java 带来巨大的冲击。它的语法相当的简单，一旦程序员们意识到这些功能给开发效率带来的好处，我们将会看到大量的程序员都会运用这个功能。

        看看 lambdas 会编译成什么样子，这对于我来说是一件非常有趣的事情，我很开心，因为我看到这些所有的invokedynamic指令调用都没有出现匿名内部类。