Java8 新语法习惯 (级联 lambda 表达式)

在函数式编程中，函数既可以接收也可以返回其他函数。函数不在像传统的面向对象编程一样，只是一个对象的工厂或生成器，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，代码非常短。尽管这样的语法初次看起来非常的陌生，但是它有自己的用途。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。

看下面的一端代码：

x -> y -> x > y

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在从快速行驶的卡车上一件件掉下来。这非常的令人感到好奇。幸运的是我们不会经常看到他们，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是很有好处的。

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。

首先区分一下高阶函数和常规函数的规则：

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

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

一个接收函数的函数

在 Java 中，我们使用函数接口引用 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

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。同样的，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);

现在已经大体了解高阶函数和如何在代码中找到他们，我们可以考虑使用他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。

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？

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。

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。

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;
};

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;
  };
};

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 表达式的主体也只有一行，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。

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或定义范围。

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。

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。

感谢 Venkat Subramaniam 博士