Java 8 习惯用语（9）：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。函数不再像传统的面向对象编程中一样，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，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

类型的输入转换为

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

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。

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或定义范围。

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。