Java 8 习惯用语: 级联 lambda 表达式

Java lambda   2017-11-29 16:15:39 发布
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Java 8 习惯用语

级联 lambda 表达式

可重用的函数有助于让代码变得非常简短,但是会不会过于简短呢?

Venkat Subramaniam

2017 年 11 月 29 日发布

系列内容:

此内容是该系列 9 部分中的第 # 部分: Java 8 习惯用语

https://www.ibm.com/developerworks/cn/library/?series_title_by=**auto**

敬请期待该系列的后续内容。

此内容是该系列的一部分: Java 8 习惯用语

敬请期待该系列的后续内容。

关于本系列

Java 8 是自 Java 语言诞生以来进行的一次最重大更新 — 包含了非常丰富的新功能,您可能想知道从何处开始着手了解它。在本系列中,作家兼教师 Venkat Subramaniam 提供了一种惯用的 Java 8 编程方法:这些简短的探索会激发您反思您认为理所当然的 Java 约定,同时逐步将新技术和语法集成到您的程序中。

在函数式编程中,函数既可以接收也可以返回其他函数。函数不再像传统的面向对象编程中一样,只是一个对象的 工厂生成器 ,它也能够创建和返回另一个函数。返回函数的函数可以变成 级联 lambda 表达式 ,特别值得注意的是代码非常简短。尽管此语法初看起来可能非常陌生,但它有自己的用途。本文将帮助您认识级联 lambda 表达式,理解它们的性质和在代码中的用途。

神秘的语法

您是否看到过类似这样的代码段?

x -> y -> x > y

如果您很好奇“这到底是什么意思?”,那么您并不孤单。对于不熟悉使用 lambda 表达式编程的开发人员,此语法可能看起来像货物正从快速行驶的卡车上一件件掉下来一样。

幸运的是,我们不会经常看到它们,但理解如何创建级联 lambda 表达式和如何在代码中理解它们会大大减少您的受挫感。

高阶函数

在谈论级联 lambda 表达式之前,有必要首先理解如何创建它们。对此,我们需要回顾一下高阶函数(已在本系列第 1 篇文章中介绍)和它们在 函数分解 中的作用,函数分解是一种将复杂流程分解为更小、更简单的部分的方式。

首先,考虑区分高阶函数与常规函数的规则:

常规函数

  • 可以接收对象
  • 可以创建对象
  • 可以返回对象

高阶函数

  • 可以接收函数
  • 可以创建函数
  • 可以返回函数

开发人员将匿名函数或 lambda 表达式传递给高阶函数,以让代码简短且富于表达。让我们看看这些高阶函数的两个示例。

示例 1:一个接收函数的函数

在 Java™ 中,我们使用函数接口来引用 lambda 表达式和方法引用。下面这个函数接收一个对象和一个函数:

public static int totalSelectedValues(List<Integer> values, 
  Predicate<Integer> selector) {
  
  return values.stream()
    .filter(selector)
    .reduce(0, Integer::sum);  
}

totalSelectedValues 的第一个参数是集合对象,而第二个参数是 Predicate 函数接口。 因为参数类型是函数接口 ( Predicate ),所以我们现在可以将一个 lambda 表达式作为第二个参数传递给 totalSelectedValues 。例如,如果我们想仅对一个 numbers 列表中的 偶数值 求和,可以调用 totalSelectedValues ,如下所示:

totalSelectedValues(numbers, e -> e % 2 == 0);

假设我们现在在 Util 类中有一个名为 isEven 的 static 方法。在此情况下,我们可以使用 isEven 作为 totalSelectedValues 的参数,而不传递 lambda 表达式:

totalSelectedValues(numbers, Util::isEven);

作为规则,只要一个函数接口显示为一个函数的参数的 类型 ,您看到的就是一个高阶函数。

示例 2:一个返回函数的函数

函数可以接收函数、lambda 表达式或方法引用作为参数。同样地,函数也可以返回 lambda 表达式或方法引用。在此情况下,返回类型将是函数接口。

让我们首先看一个创建并返回 Predicate 来验证给定值是否为奇数的函数:

public static Predicate<Integer> createIsOdd() {
  Predicate<Integer> check = (Integer number) -> number % 2 != 0;
  return check;
}

为了返回一个函数,我们必须提供一个函数接口作为返回类型。在本例中,我们的函数接口是 Predicate 。尽管上述代码在语法上是正确的,但它可以更加简短。 我们使用类型引用并删除临时变量来改进该代码:

public static Predicate<Integer> createIsOdd() {
  return number -> number % 2 != 0;
}

这是使用的 createIsOdd 方法的一个示例:

Predicate<Integer> isOdd = createIsOdd();

isOdd.test(4);

请注意,在 isOdd 上调用 test 会返回 false 。我们也可以在 isOdd 上使用更多值来调用 test ;它并不限于使用一次。

创建可重用的函数

现在您已大体了解高阶函数和如何在代码中找到它们,我们可以考虑使用它们来让代码更加简短。

设想我们有两个列表 numbers1 和 numbers2 。假设我们想从第一个列表中仅提取大于 50 的数,然后从第二个列表中提取大于 50 的值并 乘以 2

可通过以下代码实现这些目的:

List<Integer> result1 = numbers1.stream()
  .filter(e -> e > 50)
  .collect(toList());
  
List<Integer> result2 = numbers2.stream()
  .filter(e -> e > 50)
  .map(e -> e * 2)
  .collect(toList());

此代码很好,但您注意到它很冗长了吗?我们对检查数字是否大于 50 的 lambda 表达式使用了两次。 我们可以通过创建并重用一个 Predicate ,从而删除重复代码,让代码更富于表达:

Predicate<Integer> isGreaterThan50 = number -> number > 50;

List<Integer> result1 = numbers1.stream()
  .filter(isGreaterThan50)
  .collect(toList());
  
List<Integer> result2 = numbers2.stream()
  .filter(isGreaterThan50)
  .map(e -> e * 2)
  .collect(toList());

通过将 lambda 表达式存储在一个引用中,我们可以重用它,这是我们避免重复 lambda 表达式的方式。如果我们想跨方法重用 lambda 表达式,也可以将该引用放入一个单独的方法中,而不是放在一个局部变量引用中。

现在假设我们想从列表 numbers1 中提取大于 25、50 和 75 的值。我们可以首先编写 3 个不同的 lambda 表达式:

List<Integer> valuesOver25 = numbers1.stream()
  .filter(e -> e > 25)
  .collect(toList());

List<Integer> valuesOver50 = numbers1.stream()
  .filter(e -> e > 50)
  .collect(toList());

List<Integer> valuesOver75 = numbers1.stream()
  .filter(e -> e > 75)
  .collect(toList());

尽管上面每个 lambda 表达式将输入与一个不同的值比较,但它们做的事情完全相同。如何以较少的重复来重写此代码?

创建和重用 lambda 表达式

尽管上一个示例中的两个 lambda 表达式相同,但上面 3 个表达式稍微不同。创建一个返回 Predicate 的 Function 可以解决此问题。

首先,函数接口 Function<T, U> 将一个 T 类型的输入转换为 U 类型的输出。例如,下面的示例将一个给定值转换为它的平方根:

Function<Integer, Double> sqrt = value -> Math.sqrt(value);

在这里,返回类型 U 可以很简单,比如 Double 、 String 或 Person 。或者它也可以更复杂,比如 Consumer 或 Predicate 等另一个函数接口。

在本例中,我们希望一个 Function 创建一个 Predicate 。所以代码如下:

Function<Integer, Predicate<Integer>> isGreaterThan = (Integer pivot) -> {
  Predicate<Integer> isGreaterThanPivot = (Integer candidate) -> {
    return candidate > pivot;
  };
  
  return isGreaterThanPivot;
};

引用 isGreaterThan 引用了一个表示 Function<T, U> — 或更准确地讲表示 Function<Integer, Predicate<Integer>> 的 lambda 表达式。输入是一个 Integer ,输出是一个 Predicate<Integer> 。

在 lambda 表达式的主体中(外部 {} 内),我们创建了另一个引用 isGreaterThanPivot ,它包含对另一个 lambda 表达式的引用。这一次,该引用是一个 Predicate 而不是 Function 。最后,我们返回该引用。

isGreaterThan 是一个 lambda 表达式的引用,该表达式在调用时返回 另一个 lambda 表达式 — 换言之,这里隐藏着一种 lambda 表达式级联关系。

现在,我们可以使用新创建的外部 lamba 表达式来解决代码中的重复问题:

List<Integer> valuesOver25 = numbers1.stream()
  .filter(isGreaterThan.apply(25))
  .collect(toList());

List<Integer> valuesOver50 = numbers1.stream()
  .filter(isGreaterThan.apply(50))
  .collect(toList());

List<Integer> valuesOver75 = numbers1.stream()
  .filter(isGreaterThan.apply(75))
  .collect(toList());

在 isGreaterThan 上调用 apply 会返回一个 Predicate ,后者然后作为参数传递给 filter 方法。

尽管整个过程非常简单(作为示例),但是能够抽象为一个函数对于谓词更加复杂的场景来说尤其有用。

保持简短的秘诀

我们已从代码中成功删除了重复的 lambda 表达式,但 isGreaterThan 的定义看起来仍然很杂乱。幸运的是,我们可以组合一些 Java 8 约定来减少杂乱,让代码更简短。

我们首先重构以下代码:

Function<Integer, Predicate<Integer>> isGreaterThan = (Integer pivot) -> {
  Predicate<Integer> isGreaterThanPivot = (Integer candidate) -> {
    return candidate > pivot;
  };
  
  return isGreaterThanPivot;
};

可以使用类型引用来从外部和内部 lambda 表达式的参数中删除类型细节:

Function<Integer, Predicate<Integer>> isGreaterThan = (pivot) -> {
  Predicate<Integer> isGreaterThanPivot = (candidate) -> {
    return candidate > pivot;
  };
  
  return isGreaterThanPivot;
};

目前,我们从代码中删除了两个单词,改进不大。

接下来,我们删除多余的 () ,以及外部 lambda 表达式中不必要的临时引用:

Function<Integer, Predicate<Integer>> isGreaterThan = pivot -> {
  return candidate -> {
    return candidate > pivot;
  };
};

代码更加简短了,但是仍然看起来有些杂乱。

可以看到内部 lambda 表达式的主体只有一行,显然 {} 和 return 是多余的。让我们删除它们:

Function<Integer, Predicate<Integer>> isGreaterThan = pivot -> {
  return candidate -> candidate > pivot;
};

现在可以看到,外部 lambda 表达式的主体 只有一行,所以 {} 和 return 在这里也是多余的。在这里,我们应用最后一次重构:

Function<Integer, Predicate<Integer>> isGreaterThan = 
  pivot -> candidate -> candidate > pivot;

现在可以看到 — 这是我们的级联 lambda 表达式。

理解级联 lambda 表达式

我们通过一个适合每个阶段的重构过程,得到了最终的代码 - 级联 lambda 表达式。在本例中,外部 lambda 表达式接收 pivot 作为参数,内部 lambda 表达式接收 candidate 作为参数。内部 lambda 表达式的主体同时使用它收到的参数 ( candidate ) 和来自外部范围的参数。也就是说,内部 lambda 表达式的主体同时依靠它的参数和它的 词法范围定义范围

级联 lambda 表达式对于编写它的人非常有意义。但是对于读者呢?

看到一个只有一个向右箭头 ( -> ) 的 lambda 表达式时,您应该知道您看到的是一个匿名函数,它接受参数(可能是空的)并执行一个操作或返回一个结果值。

看到一个包含两个向右箭头 ( -> ) 的 lambda 表达式时,您看到的也是一个匿名函数,但它接受参数(可能是空的)并返回另一个 lambda 表达式。返回的 lambda 表达式可以接受它自己的参数或者可能是空的。它可以执行一个操作或返回一个值。它甚至可以返回另一个 lambda 表达式,但这通常有点大材小用,最好避免。

大体上讲,当您看到两个向右箭头时,可以将第一个箭头右侧的所有内容视为一个黑盒:一个由外部 lambda 表达式返回的 lambda 表达式。

结束语

级联 lambda 表达式不是很常见,但您应该知道如何在代码中识别和理解它们。当一个 lambda 表达式返回另一个 lambda 表达式,而不是接受一个操作或返回一个值时,您将看到两个箭头。这种代码非常简短,但可能在最初遇到时非常难以理解。但是,一旦您学会识别这种函数式语法,理解和掌握它就会变得容易得多。

 

来自:http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-java8idioms9/index.html?ca=drs-

 

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