Java 8中的Lambda表达式最佳实践

Java 8已经推出一段时间了，越来越多开发人员选择升级JDK，这条热门动弹里面看出，JDK7最多，其次是6和8，这是好事！

在Java 8 里面Lambda是最火的主题，不仅仅是因为语法的改变，更重要的是带来了函数式编程的思想，我觉得优秀的程序员，有必要学习一下函数式编程的思想以开阔思路。所以这篇文章聊聊Lambda的应用场景，性能，也会提及下不好的一面。

Java为何需要Lambda

1996年1月，Java 1.0发布了，此后计算机编程领域发生了翻天覆地的变化。商业发展需要更复杂的应用，大多数程序都跑在更强大的装备多核CPU的机器上。带有高效运行期编译器的Java虚拟机（JVM）的出现，使得程序员将精力更多放在编写干净、易于维护的代码上，而不是思考如何将每一个CPU时钟、每一字节内存物尽其 用。

多核CPU的出现成了“房间里的大象”，无法忽视却没人愿意正视。算法中引入锁不但容易出错，而且消耗时间。人们开发了 java.util.concurrent包和很多第三方类库，试图将并发抽象化，用以帮助程序员写出在多核CPU上运行良好的程序。不幸的是，到目前为 止，我们走得还不够远。

那些类库的开发者使用Java时，发现抽象的级别还不够。处理大数据就是个很好的例子，面对大数据，Java还欠缺高效的并行操作。Java 8允许开发者编写复杂的集合处理算法，只需要简单修改一个方法，就能让代码在多核CPU上高效运行。为了编写并行处理这些大数据的类库，需要在语言层面上 修改现有的Java：增加lambda表达式。

当然，这样做是有代价的，程序员必须学习如何编写和阅读包含lambda表达式的代码，但是，这不是一桩赔本的买卖。与手写一大段复杂的、线程安全 的代码相比，学习一点新语法和一些新习惯容易很多。开发企业级应用时，好的类库和框架极大地降低了开发时间和成本，也扫清了开发易用且高效的类库的障碍。

如果你还未接触过Lambda的语法，可以看这里。

Lambda的应用场景

你有必要学习下函数式编程的概念，比如函数式编程初探，但下面我将重点放在函数式编程的实用性上，包括那些可以被大多数程序员理解和使用的技术，我们关心的如何写出好代码，而不是符合函数编程风格的代码。

1.使用() -> {} 替代匿名类

现在Runnable线程，Swing，JavaFX的事件监听器代码等，在java 8中你可以使用Lambda表达式替代丑陋的匿名类。

//Before Java 8:
new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Before Java8 ");
    }
}).start();

//Java 8 way:
new Thread(() -> System.out.println("In Java8!"));

// Before Java 8:
JButton show =  new JButton("Show");
show.addActionListener(new ActionListener() {
     @Override
     public void actionPerformed(ActionEvent e) {
           System.out.println("without lambda expression is boring");
        }
     });

// Java 8 way:
show.addActionListener((e) -> {
    System.out.println("Action !! Lambda expressions Rocks");
});

2.使用内循环替代外循环

外循环：描述怎么干，代码里嵌套2个以上的for循环的都比较难读懂；只能顺序处理List中的元素；

内循环：描述要干什么，而不是怎么干；不一定需要顺序处理List中的元素

//Prior Java 8 :
List features = Arrays.asList("Lambdas", "Default Method", 
"Stream API", "Date and Time API");
for (String feature : features) {
   System.out.println(feature);
}

//In Java 8:
List features = Arrays.asList("Lambdas", "Default Method", "Stream API",
 "Date and Time API");
features.forEach(n -> System.out.println(n));

// Even better use Method reference feature of Java 8
// method reference is denoted by :: (double colon) operator
// looks similar to score resolution operator of C++
features.forEach(System.out::println);

Output:
Lambdas
Default Method
Stream API
Date and Time API

3.支持函数编程

为了支持函数编程，Java 8加入了一个新的包java.util.function，其中有一个接口java.util.function.Predicate是支持Lambda函数编程：

public static void main(args[]){
  List languages = Arrays.asList("Java", "Scala", "C++", "Haskell", "Lisp");

  System.out.println("Languages which starts with J :");
  filter(languages, (str)->str.startsWith("J"));

  System.out.println("Languages which ends with a ");
  filter(languages, (str)->str.endsWith("a"));

  System.out.println("Print all languages :");
  filter(languages, (str)->true);

   System.out.println("Print no language : ");
   filter(languages, (str)->false);

   System.out.println("Print language whose length greater than 4:");
   filter(languages, (str)->str.length() > 4);
}

 public static void filter(List names, Predicate condition) {
    names.stream().filter((name) -> (condition.test(name)))
        .forEach((name) -> {System.out.println(name + " ");
    });
 }

Output:
Languages which starts with J :
Java
Languages which ends with a
Java
Scala
Print all languages :
Java
Scala
C++
Haskell
Lisp
Print no language :
Print language whose length greater than 4:
Scala
Haskell

4.处理数据？用管道的方式更加简洁

Java 8里面新增的Stream API ，让集合中的数据处理起来更加方便，性能更高，可读性更好

假设一个业务场景：对于20元以上的商品，进行9折处理，最后得到这些商品的折后价格。

final BigDecimal totalOfDiscountedPrices = prices.stream()
.filter(price -> price.compareTo(BigDecimal.valueOf(20)) > 0)
.map(price -> price.multiply(BigDecimal.valueOf(0.9)))
.reduce(BigDecimal.ZERO,BigDecimal::add);

System.out.println("Total of discounted prices: " + totalOfDiscountedPrices);

想象一下：如果用面向对象处理这些数据，需要多少行？多少次循环？需要声明多少个中间变量？

关于Stream API的详细信息，可以查看我之前写的文章 。

Lambda的性能

Oracle公司的性能工程师Sergey Kuksenko有一篇很好的性能比较的文档： JDK 8: Lambda Performance study， 详细而全面的比较了lambda表达式和匿名函数之间的性能差别。这里是视频。 16页讲到最差（capture）也和inner class一样， non-capture好的情况是inner class的5倍。

lambda开发组也有一篇ppt， 其中也讲到了lambda的性能(包括capture和非capture的情况)。看起来lambda最差的情况性能内部类一样， 好的情况会更好。

Java 8 Lambdas – they are fast, very fast也有篇文章 (需要翻墙)，表明lambda表达式也一样快。

Lambda的阴暗面

前面都是讲Lambda如何改变Java程序员的思维习惯，但Lambda确实也带来了困惑

JVM可以执行任何语言编写的代码，只要它们能编译成字节码，字节码自身是充分OO的，被设计成接近于Java语言，这意味着Java被编译成的字节码非常容易被重新组装。

但是如果不是Java语言，差距将越来越大，Scala源码和被编译成的字节码之间巨大差距是一个证明，编译器加入了大量合成类 方法和变量，以便让JVM按照语言自身特定语法和流程控制执行。

我们首先看看Java 6/7中的一个传统方法案例：

// simple check against empty strings
public static int check(String s) {
    if (s.equals("")) {
        throw new IllegalArgumentException();
    }
    return s.length();
}

//map names to lengths

List lengths = new ArrayList();

for (String name : Arrays.asList(args)) {
    lengths.add(check(name));
}

如果一个空的字符串传入，这段代码将抛出错误，堆栈跟踪如下：

at LmbdaMain.check(LmbdaMain.java:19)
at LmbdaMain.main(LmbdaMain.java:34)

再看看Lambda的例子

Stream lengths = names.stream().map(name -> check(name));

at LmbdaMain.check(LmbdaMain.java:19)
at LmbdaMain.lambda$0(LmbdaMain.java:37)
at LmbdaMain$$Lambda$1/821270929.apply(Unknown Source)
at java.util.stream.ReferencePipeline$3$1.accept(ReferencePipeline.java:193)
at java.util.Spliterators$ArraySpliterator.forEachRemaining(Spliterators.java:948)
at java.util.stream.AbstractPipeline.copyInto(AbstractPipeline.java:512)
at java.util.stream.AbstractPipeline.wrapAndCopyInto(AbstractPipeline.java:502)
at java.util.stream.ReduceOps$ReduceOp.evaluateSequential(ReduceOps.java:708)
at java.util.stream.AbstractPipeline.evaluate(AbstractPipeline.java:234)
at java.util.stream.LongPipeline.reduce(LongPipeline.java:438)
at java.util.stream.LongPipeline.sum(LongPipeline.java:396)
at java.util.stream.ReferencePipeline.count(ReferencePipeline.java:526)
at LmbdaMain.main(LmbdaMain.java:39)

这非常类似Scala，出错栈信息太长，我们为代码的精简付出力代价，更精确的代码意味着更复杂的调试。

但这并不影响我们喜欢Lambda！

总结

在Java世界里面，面向对象还是主流思想，对于习惯了面向对象编程的开发者来说，抽象的概念并不陌生。面向对象编程是对数据进行抽象，而函数式编程是对行为进行抽象。现实世界中，数据和行为并存，程序也是如此，因此这两种编程方式我们都得学。

这种新的抽象方式还有其他好处。很多人不总是在编写性能优先的代码，对于这些人来说，函数式编程带来的好处尤为明显。程序员能编写出更容易阅读的代码——这种代码更多地表达了业务逻辑，而不是从机制上如何实现。易读的代码也易于维护、更可靠、更不容易出错。

在写回调函数和事件处理器时，程序员不必再纠缠于匿名内部类的冗繁和可读性，函数式编程让事件处理系统变得更加简单。能将函数方便地传递也让编写惰性代码变得容易，只有在真正需要的时候，才初始化变量的值。

总而言之，Java更趋于完美了。