作者：Lucida

原文鏈接：http://lucida.me/blog/java-8-lambdas-insideout-language-features/

關於

深入理解Java 8 Lambda（語言篇——lambda，方法引用，目標類型和默認方法）
深入理解Java 8 Lambda（類庫篇——Streams API，Collector和並行）
深入理解Java 8 Lambda（原理篇——Java編譯器如何處理lambda）

本文是深入理解Java 8 Lambda系列的第一篇，主要介紹Java 8新增的語言特性（比如lambda和方法引用），語言概念（比如目標類型和變量捕獲）以及設計思路。

本文是對Brian Goetz的State of Lambda一文的翻譯，那麼問題來了：

爲什麼要寫（翻譯）這個系列？

工作之後，我開始大量使用Java
公司將會在不久的未來使用Java 8
作爲資質平庸的開發者，我需要打一點提前量，以免到時拙計
爲了學習Java 8（主要是其中的lambda及相關庫），我先後閱讀了Oracle的官方文檔，Cay Horstmann（Core Java的作者）的Java 8 for the Really Impatient和Richard Warburton的Java 8 Lambdas
但我感到並沒有多大收穫，Oracle的官方文檔涉及了lambda表達式的每一個概念，但都是點到輒止；後兩本書（尤其是Java 8 Lambdas）花了大量篇幅介紹Java lambda及其類庫，但實質內容不多，讀完了還是沒有對Java lambda產生一個清晰的認識
關鍵在於這些文章和書都沒有解決我對Java lambda的困惑，比如：
- Java 8中的lambda爲什麼要設計成這樣？（爲什麼要一個lambda對應一個接口？而不是Structural Typing？）
- lambda和匿名類型的關係是什麼？lambda是匿名對象的語法糖嗎？
- Java 8是如何對lambda進行類型推導的？它的類型推導做到了什麼程度？
- Java 8爲什麼要引入默認方法？
- Java編譯器如何處理lambda？
- 等等……
之後我在Google搜索這些問題，然後就找到Brian Goetz的三篇關於Java lambda的文章（State of Lambda，State of Lambda libraries version和Translation of lambda），讀完之後上面的問題都得到了解決
爲了加深理解，我決定翻譯這一系列文章

警告（Caveats）

如果你不知道什麼是函數式編程，或者不瞭解map，filter，reduce這些常用的高階函數，那麼你不適合閱讀本文，請先學習函數式編程基礎（比如這本書）。

State of Lambda by Brian Goetz

The high-level goal of Project Lambda is to enable programming patterns that require modeling code as data to be convenient and idiomatic in Java.

關於

本文介紹了Java SE 8中新引入的lambda語言特性以及這些特性背後的設計思想。這些特性包括：

lambda表達式（又被成爲“閉包”或“匿名方法”）
方法引用和構造方法引用
擴展的目標類型和類型推導
接口中的默認方法和靜態方法

1. 背景

Java是一門面向對象編程語言。面向對象編程語言和函數式編程語言中的基本元素（Basic Values）都可以動態封裝程序行爲：面向對象編程語言使用帶有方法的對象封裝行爲，函數式編程語言使用函數封裝行爲。但這個相同點並不明顯，因爲Java的對象往往比較“重量級”：實例化一個類型往往會涉及不同的類，並需要初始化類裏的字段和方法。

不過有些Java對象只是對單個函數的封裝。例如下面這個典型用例：Java API中定義了一個接口（一般被稱爲回調接口），用戶通過提供這個接口的實例來傳入指定行爲，例如：


public interface ActionListener {
  void actionPerformed(ActionEvent e);
}

這裏並不需要專門定義一個類來實現ActionListener接口，因爲它只會在調用處被使用一次。用戶一般會使用匿名類型把行爲內聯（inline）：


button.addActionListener(new ActionListener) {
  public void actionPerformed(ActionEvent e) {
    ui.dazzle(e.getModifiers());
  }
}

很多庫都依賴於上面的模式。對於並行API更是如此，因爲我們需要把待執行的代碼提供給並行API，並行編程是一個非常值得研究的領域，因爲在這裏摩爾定律得到了重生：儘管我們沒有更快的CPU核心（core），但是我們有更多的CPU核心。而串行API就只能使用有限的計算能力。

隨着回調模式和函數式編程風格的日益流行，我們需要在Java中提供一種儘可能輕量級的將代碼封裝爲數據（Model code as data）的方法。匿名內部類並不是一個好的選擇，因爲：

語法過於冗餘
匿名類中的this和變量名容易使人產生誤解
類型載入和實例創建語義不夠靈活
無法捕獲非final的局部變量
無法對控制流進行抽象

上面的多數問題均在Java SE 8中得以解決：

通過提供更簡潔的語法和局部作用域規則，Java SE 8徹底解決了問題1和問題2
通過提供更加靈活而且便於優化的表達式語義，Java SE 8繞開了問題3
通過允許編譯器推斷變量的“常量性”（finality），Java SE 8減輕了問題4帶來的困擾

不過，Java SE 8的目標並非解決所有上述問題。因此捕獲可變變量（問題4）和非局部控制流（問題5）並不在Java SE 8的範疇之內。（儘管我們可能會在未來提供對這些特性的支持）

2. 函數式接口（Functional interfaces）

儘管匿名內部類有着種種限制和問題，但是它有一個良好的特性，它和Java類型系統結合的十分緊密：每一個函數對象都對應一個接口類型。之所以說這個特性是良好的，是因爲：

接口是Java類型系統的一部分
接口天然就擁有其運行時表示（Runtime representation）
接口可以通過Javadoc註釋來表達一些非正式的協定（contract），例如，通過註釋說明該操作應可交換（commutative）

上面提到的ActionListener接口只有一個方法，大多數回調接口都擁有這個特徵：比如Runnable接口和Comparator接口。我們把這些只擁有一個方法的接口稱爲函數式接口。（之前它們被稱爲SAM類型，即單抽象方法類型（Single Abstract Method））

我們並不需要額外的工作來聲明一個接口是函數式接口：編譯器會根據接口的結構自行判斷（判斷過程並非簡單的對接口方法計數：一個接口可能冗餘的定義了一個Object已經提供的方法，比如toString()，或者定義了靜態方法或默認方法，這些都不屬於函數式接口方法的範疇）。不過API作者們可以通過@FunctionalInterface註解來顯式指定一個接口是函數式接口（以避免無意聲明瞭一個符合函數式標準的接口），加上這個註解之後，編譯器就會驗證該接口是否滿足函數式接口的要求。

實現函數式類型的另一種方式是引入一個全新的結構化函數類型，我們也稱其爲“箭頭”類型。例如，一個接收String和Object並返回int的函數類型可以被表示爲(String, Object) -> int。我們仔細考慮了這個方式，但出於下面的原因，最終將其否定：

它會爲Java類型系統引入額外的複雜度，並帶來結構類型（Structural Type）和指名類型（Nominal Type）的混用。（Java幾乎全部使用指名類型）
它會導致類庫風格的分歧——一些類庫會繼續使用回調接口，而另一些類庫會使用結構化函數類型
它的語法會變得十分笨拙，尤其在包含受檢異常（checked exception）之後
每個函數類型很難擁有其運行時表示，這意味着開發者會受到類型擦除（erasure）的困擾和侷限。比如說，我們無法對方法m(T->U)和m(X->Y)進行重載（Overload）

所以我們選擇了“使用已知類型”這條路——因爲現有的類庫大量使用了函數式接口，通過沿用這種模式，我們使得現有類庫能夠直接使用lambda表達式。例如下面是Java SE 7中已經存在的函數式接口：

除此之外，Java SE 8中增加了一個新的包：java.util.function，它裏面包含了常用的函數式接口，例如：

Predicate<T>——接收T對象並返回boolean
Consumer<T>——接收T對象，不返回值
Function<T, R>——接收T對象，返回R對象
Supplier<T>——提供T對象（例如工廠），不接收值
UnaryOperator<T>——接收T對象，返回T對象
BinaryOperator<T>——接收兩個T對象，返回T對象

除了上面的這些基本的函數式接口，我們還提供了一些針對原始類型（Primitive type）的特化（Specialization）函數式接口，例如IntSupplier和LongBinaryOperator。（我們只爲int、long和double提供了特化函數式接口，如果需要使用其它原始類型則需要進行類型轉換）同樣的我們也提供了一些針對多個參數的函數式接口，例如BiFunction<T, U, R>，它接收T對象和U對象，返回R對象。

3. lambda表達式（lambda expressions）

匿名類型最大的問題就在於其冗餘的語法。有人戲稱匿名類型導致了“高度問題”（height problem）：比如前面ActionListener的例子裏的五行代碼中僅有一行在做實際工作。

lambda表達式是匿名方法，它提供了輕量級的語法，從而解決了匿名內部類帶來的“高度問題”。

下面是一些lambda表達式：


(int x, int y) -> x + y
() -> 42
(String s) -> { System.out.println(s); }

第一個lambda表達式接收x和y這兩個整形參數並返回它們的和；第二個lambda表達式不接收參數，返回整數’42’；第三個lambda表達式接收一個字符串並把它打印到控制檯，不返回值。

lambda表達式的語法由參數列表、箭頭符號->和函數體組成。函數體既可以是一個表達式，也可以是一個語句塊：

表達式：表達式會被執行然後返回執行結果。
語句塊：語句塊中的語句會被依次執行，就像方法中的語句一樣——
- return語句會把控制權交給匿名方法的調用者
- break和continue只能在循環中使用
- 如果函數體有返回值，那麼函數體內部的每一條路徑都必須返回值

表達式函數體適合小型lambda表達式，它消除了return關鍵字，使得語法更加簡潔。

lambda表達式也會經常出現在嵌套環境中，比如說作爲方法的參數。爲了使lambda表達式在這些場景下儘可能簡潔，我們去除了不必要的分隔符。不過在某些情況下我們也可以把它分爲多行，然後用括號包起來，就像其它普通表達式一樣。

下面是一些出現在語句中的lambda表達式：


FileFilter java = (File f) -> f.getName().endsWith("*.java");

String user = doPrivileged(() -> System.getProperty("user.name"));

new Thread(() -> {
  connectToService();
  sendNotification();
}).start();

4. 目標類型（Target typing）

需要注意的是，函數式接口的名稱並不是lambda表達式的一部分。那麼問題來了，對於給定的lambda表達式，它的類型是什麼？答案是：它的類型是由其上下文推導而來。例如，下面代碼中的lambda表達式類型是ActionListener：


ActionListener l = (ActionEvent e) -> ui.dazzle(e.getModifiers());

這就意味着同樣的lambda表達式在不同上下文裏可以擁有不同的類型：


Callable<String> c = () -> "done";

PrivilegedAction<String> a = () -> "done";

第一個lambda表達式() -> "done"是Callable的實例，而第二個lambda表達式則是PrivilegedAction的實例。

編譯器負責推導lambda表達式的類型。它利用lambda表達式所在上下文所期待的類型進行推導，這個被期待的類型被稱爲目標類型。lambda表達式只能出現在目標類型爲函數式接口的上下文中。

當然，lambda表達式對目標類型也是有要求的。編譯器會檢查lambda表達式的類型和目標類型的方法簽名（method signature）是否一致。當且僅當下面所有條件均滿足時，lambda表達式纔可以被賦給目標類型T：

T是一個函數式接口
lambda表達式的參數和T的方法參數在數量和類型上一一對應
lambda表達式的返回值和T的方法返回值相兼容（Compatible）
lambda表達式內所拋出的異常和T的方法throws類型相兼容

由於目標類型（函數式接口）已經“知道”lambda表達式的形式參數（Formal parameter）類型，所以我們沒有必要把已知類型再重複一遍。也就是說，lambda表達式的參數類型可以從目標類型中得出：


Comparator<String> c = (s1, s2) -> s1.compareToIgnoreCase(s2);

在上面的例子裏，編譯器可以推導出s1和s2的類型是String。此外，當lambda的參數只有一個而且它的類型可以被推導得知時，該參數列表外面的括號可以被省略：


FileFilter java = f -> f.getName().endsWith(".java");

button.addActionListener(e -> ui.dazzle(e.getModifiers()));

這些改進進一步展示了我們的設計目標：“不要把高度問題轉化成寬度問題。”我們希望語法元素能夠儘可能的少，以便代碼的讀者能夠直達lambda表達式的核心部分。

lambda表達式並不是第一個擁有上下文相關類型的Java表達式：泛型方法調用和“菱形”構造器調用也通過目標類型來進行類型推導：


List<String> ls = Collections.emptyList();
List<Integer> li = Collections.emptyList();

Map<String, Integer> m1 = new HashMap<>();
Map<Integer, String> m2 = new HashMap<>();

5. 目標類型的上下文（Contexts for target typing）

之前我們提到lambda表達式智能出現在擁有目標類型的上下文中。下面給出了這些帶有目標類型的上下文：

變量聲明
賦值
返回語句
數組初始化器
方法和構造方法的參數
lambda表達式函數體
條件表達式（? :）
轉型（Cast）表達式

在前三個上下文（變量聲明、賦值和返回語句）裏，目標類型即是被賦值或被返回的類型：


Comparator<String> c;
c = (String s1, String s2) -> s1.compareToIgnoreCase(s2);

public Runnable toDoLater() {
  return () -> {
    System.out.println("later");
  }
}

數組初始化器和賦值類似，只是這裏的“變量”變成了數組元素，而類型是從數組類型中推導得知：


filterFiles(new FileFilter[] {
              f -> f.exists(), f -> f.canRead(), f -> f.getName().startsWith("q")
            });

方法參數的類型推導要相對複雜些：目標類型的確認會涉及到其它兩個語言特性：重載解析（Overload resolution）和參數類型推導（Type argument inference）。

重載解析會爲一個給定的方法調用（method invocation）尋找最合適的方法聲明（method declaration）。由於不同的聲明具有不同的簽名，當lambda表達式作爲方法參數時，重載解析就會影響到lambda表達式的目標類型。編譯器會通過它所得之的信息來做出決定。如果lambda表達式具有顯式類型（參數類型被顯式指定），編譯器就可以直接使用lambda表達式的返回類型；如果lambda表達式具有隱式類型（參數類型被推導而知），重載解析則會忽略lambda表達式函數體而只依賴lambda表達式參數的數量。

如果在解析方法聲明時存在二義性（ambiguous），我們就需要利用轉型（cast）或顯式lambda表達式來提供更多的類型信息。如果lambda表達式的返回類型依賴於其參數的類型，那麼lambda表達式函數體有可能可以給編譯器提供額外的信息，以便其推導參數類型。


List<Person> ps = ...
Stream<String> names = ps.stream().map(p -> p.getName());

在上面的代碼中，ps的類型是List<Person>，所以ps.stream()的返回類型是Stream<Person>。map()方法接收一個類型爲Function<T, R>的函數式接口，這裏T的類型即是Stream元素的類型，也就是Person，而R的類型未知。由於在重載解析之後lambda表達式的目標類型仍然未知，我們就需要推導R的類型：通過對lambda表達式函數體進行類型檢查，我們發現函數體返回String，因此R的類型是String，因而map()返回Stream<String>。絕大多數情況下編譯器都能解析出正確的類型，但如果碰到無法解析的情況，我們則需要：

使用顯式lambda表達式（爲參數p提供顯式類型）以提供額外的類型信息
把lambda表達式轉型爲Function<Person, String>
爲泛型參數R提供一個實際類型。（.<String>map(p -> p.getName())）

lambda表達式本身也可以爲它自己的函數體提供目標類型，也就是說lambda表達式可以通過外部目標類型推導出其內部的返回類型，這意味着我們可以方便的編寫一個返回函數的函數：


Supplier<Runnable> c = () -> () -> { System.out.println("hi"); };

類似的，條件表達式可以把目標類型“分發”給其子表達式：


Callable<Integer> c = flag ? (() -> 23) : (() -> 42);

最後，轉型表達式（Cast expression）可以顯式提供lambda表達式的類型，這個特性在無法確認目標類型時非常有用：


// Object o = () -> { System.out.println("hi"); }; 這段代碼是非法的
Object o = (Runnable) () -> { System.out.println("hi"); };

除此之外，當重載的方法都擁有函數式接口時，轉型可以幫助解決重載解析時出現的二義性。

目標類型這個概念不僅僅適用於lambda表達式，泛型方法調用和“菱形”構造方法調用也可以從目標類型中受益，下面的代碼在Java SE 7是非法的，但在Java SE 8中是合法的：


List<String> ls = Collections.checkedList(new ArrayList<>(), String.class);

Set<Integer> si = flag ? Collections.singleton(23) : Collections.emptySet();

6. 詞法作用域（Lexical scoping）

在內部類中使用變量名（以及this）非常容易出錯。內部類中通過繼承得到的成員（包括來自Object的方法）可能會把外部類的成員掩蓋（shadow），此外未限定（unqualified）的this引用會指向內部類自己而非外部類。

相對於內部類，lambda表達式的語義就十分簡單：它不會從超類（supertype）中繼承任何變量名，也不會引入一個新的作用域。lambda表達式基於詞法作用域，也就是說lambda表達式函數體裏面的變量和它外部環境的變量具有相同的語義（也包括lambda表達式的形式參數）。此外，’this’關鍵字及其引用在lambda表達式內部和外部也擁有相同的語義。

爲了進一步說明詞法作用域的優點，請參考下面的代碼，它會把"Hello, world!"打印兩遍：


public class Hello {
  Runnable r1 = () -> { System.out.println(this); }
  Runnable r2 = () -> { System.out.println(toString()); }

  public String toString() {  return "Hello, world"; }

  public static void main(String... args) {
    new Hello().r1.run();
    new Hello().r2.run();
  }
}

與之相類似的內部類實現則會打印出類似Hello$1@5b89a773和Hello$2@537a7706之類的字符串，這往往會使開發者大吃一驚。

基於詞法作用域的理念，lambda表達式不可以掩蓋任何其所在上下文中的局部變量，它的行爲和那些擁有參數的控制流結構（例如for循環和catch從句）一致。

個人補充：這個說法很拗口，所以我在這裏加一個例子以演示詞法作用域：


int i = 0;
int sum = 0;
for (int i = 1; i < 10; i += 1) { //這裏會出現編譯錯誤，因爲i已經在for循環外部聲明過了
  sum += i;
}

7. 變量捕獲（Variable capture）

在Java SE 7中，編譯器對內部類中引用的外部變量（即捕獲的變量）要求非常嚴格：如果捕獲的變量沒有被聲明爲final就會產生一個編譯錯誤。我們現在放寬了這個限制——對於lambda表達式和內部類，我們允許在其中捕獲那些符合有效只讀（Effectively final）的局部變量。

簡單的說，如果一個局部變量在初始化後從未被修改過，那麼它就符合有效只讀的要求，換句話說，加上final後也不會導致編譯錯誤的局部變量就是有效只讀變量。


Callable<String> helloCallable(String name) {
  String hello = "Hello";
  return () -> (hello + ", " + name);
}

對this的引用，以及通過this對未限定字段的引用和未限定方法的調用在本質上都屬於使用final局部變量。包含此類引用的lambda表達式相當於捕獲了this實例。在其它情況下，lambda對象不會保留任何對this的引用。

這個特性對內存管理是一件好事：內部類實例會一直保留一個對其外部類實例的強引用，而那些沒有捕獲外部類成員的lambda表達式則不會保留對外部類實例的引用。要知道內部類的這個特性往往會造成內存泄露。

儘管我們放寬了對捕獲變量的語法限制，但試圖修改捕獲變量的行爲仍然會被禁止，比如下面這個例子就是非法的：


int sum = 0;
list.forEach(e -> { sum += e.size(); });

爲什麼要禁止這種行爲呢？因爲這樣的lambda表達式很容易引起race condition。除非我們能夠強制（最好是在編譯時）這樣的函數不能離開其當前線程，但如果這麼做了可能會導致更多的問題。簡而言之，lambda表達式對值封閉，對變量開放。

個人補充：lambda表達式對值封閉，對變量開放的原文是：lambda expressions close overvalues, not variables，我在這裏增加一個例子以說明這個特性：


int sum = 0;
list.forEach(e -> { sum += e.size(); }); // Illegal, close over values

List<Integer> aList = new List<>();
list.forEach(e -> { aList.add(e); }); // Legal, open over variables

lambda表達式不支持修改捕獲變量的另一個原因是我們可以使用更好的方式來實現同樣的效果：使用規約（reduction）。java.util.stream包提供了各種通用的和專用的規約操作（例如sum、min和max），就上面的例子而言，我們可以使用規約操作（在串行和並行下都是安全的）來代替forEach：


int sum = list.stream()
              .mapToInt(e -> e.size())
              .sum();

sum()等價於下面的規約操作：


int sum = list.stream()
              .mapToInt(e -> e.size())
              .reduce(0 , (x, y) -> x + y);

規約需要一個初始值（以防輸入爲空）和一個操作符（在這裏是加號），然後用下面的表達式計算結果：


0 + list[0] + list[1] + list[2] + ...

規約也可以完成其它操作，比如求最小值、最大值和乘積等等。如果操作符具有可結合性（associative），那麼規約操作就可以容易的被並行化。所以，與其支持一個本質上是並行而且容易導致race condition的操作，我們選擇在庫中提供一個更加並行友好且不容易出錯的方式來進行累積（accumulation）。

8. 方法引用（Method references）

lambda表達式允許我們定義一個匿名方法，並允許我們以函數式接口的方式使用它。我們也希望能夠在已有的方法上實現同樣的特性。

方法引用和lambda表達式擁有相同的特性（例如，它們都需要一個目標類型，並需要被轉化爲函數式接口的實例），不過我們並不需要爲方法引用提供方法體，我們可以直接通過方法名稱引用已有方法。

以下面的代碼爲例，假設我們要按照name或age爲Person數組進行排序：


class Person {
  private final String name;
  private final int age;

  public int getAge() { return age; }
  public String getName() {return name; }
  ...
}

Person[] people = ...
Comparator<Person> byName = Comparator.comparing(p -> p.getName());
Arrays.sort(people, byName);

在這裏我們可以用方法引用代替lambda表達式：


Comparator<Person> byName = Comparator.comparing(Person::getName);

這裏的Person::getName可以被看作爲lambda表達式的簡寫形式。儘管方法引用不一定（比如在這個例子裏）會把語法變的更緊湊，但它擁有更明確的語義——如果我們想要調用的方法擁有一個名字，我們就可以通過它的名字直接調用它。

因爲函數式接口的方法參數對應於隱式方法調用時的參數，所以被引用方法簽名可以通過放寬類型，裝箱以及組織到參數數組中的方式對其參數進行操作，就像在調用實際方法一樣：


Consumer<Integer> b1 = System::exit;    // void exit(int status)
Consumer<String[]> b2 = Arrays:sort;    // void sort(Object[] a)
Consumer<String> b3 = MyProgram::main;  // void main(String... args)
Runnable r = Myprogram::mapToInt        // void main(String... args)

9. 方法引用的種類（Kinds of method references）

方法引用有很多種，它們的語法如下：

靜態方法引用：ClassName::methodName
實例上的實例方法引用：instanceReference::methodName
超類上的實例方法引用：super::methodName
類型上的實例方法引用：ClassName::methodName
構造方法引用：Class::new
數組構造方法引用：TypeName[]::new

對於靜態方法引用，我們需要在類名和方法名之間加入::分隔符，例如Integer::sum。

對於具體對象上的實例方法引用，我們則需要在對象名和方法名之間加入分隔符：


Set<String> knownNames = ...
Predicate<String> isKnown = knownNames::contains;

這裏的隱式lambda表達式（也就是實例方法引用）會從knownNames中捕獲String對象，而它的方法體則會通過Set.contains使用該String對象。

有了實例方法引用，在不同函數式接口之間進行類型轉換就變的很方便：


Callable<Path> c = ...
Privileged<Path> a = c::call;

引用任意對象的實例方法則需要在實例方法名稱和其所屬類型名稱間加上分隔符：


Function<String, String> upperfier = String::toUpperCase;

這裏的隱式lambda表達式（即String::toUpperCase實例方法引用）有一個String參數，這個參數會被toUpperCase方法使用。

如果類型的實例方法是泛型的，那麼我們就需要在::分隔符前提供類型參數，或者（多數情況下）利用目標類型推導出其類型。

需要注意的是，靜態方法引用和類型上的實例方法引用擁有一樣的語法。編譯器會根據實際情況做出決定。

一般我們不需要指定方法引用中的參數類型，因爲編譯器往往可以推導出結果，但如果需要我們也可以顯式在::分隔符之前提供參數類型信息。

和靜態方法引用類似，構造方法也可以通過new關鍵字被直接引用：


SocketImplFactory factory = MySocketImpl::new;

如果類型擁有多個構造方法，那麼我們就會通過目標類型的方法參數來選擇最佳匹配，這裏的選擇過程和調用構造方法時的選擇過程是一樣的。

如果待實例化的類型是泛型的，那麼我們可以在類型名稱之後提供類型參數，否則編譯器則會依照”菱形”構造方法調用時的方式進行推導。

數組的構造方法引用的語法則比較特殊，爲了便於理解，你可以假想存在一個接收int參數的數組構造方法。參考下面的代碼：


IntFunction<int[]> arrayMaker = int[]::new;
int[] array = arrayMaker.apply(10) // 創建數組 int[10]

10. 默認方法和靜態接口方法（Default and static interface methods）

lambda表達式和方法引用大大提升了Java的表達能力（expressiveness），不過爲了使把代碼即數據（code-as-data）變的更加容易，我們需要把這些特性融入到已有的庫之中，以便開發者使用。

Java SE 7時代爲一個已有的類庫增加功能是非常困難的。具體的說，接口在發佈之後就已經被定型，除非我們能夠一次性更新所有該接口的實現，否則向接口添加方法就會破壞現有的接口實現。默認方法（之前被稱爲虛擬擴展方法或守護方法）的目標即是解決這個問題，使得接口在發佈之後仍能被逐步演化。

這裏給出一個例子，我們需要在標準集合API中增加針對lambda的方法。例如removeAll方法應該被泛化爲接收一個函數式接口Predicate，但這個新的方法應該被放在哪裏呢？我們無法直接在Collection接口上新增方法——不然就會破壞現有的Collection實現。我們倒是可以在Collections工具類中增加對應的靜態方法，但這樣就會把這個方法置於“二等公民”的境地。

默認方法利用面向對象的方式向接口增加新的行爲。它是一種新的方法：接口方法可以是抽象的或是默認的。默認方法擁有其默認實現，實現接口的類型通過繼承得到該默認實現（如果類型沒有覆蓋該默認實現）。此外，默認方法不是抽象方法，所以我們可以放心的向函數式接口裏增加默認方法，而不用擔心函數式接口的單抽象方法限制。

下面的例子展示瞭如何向Iterator接口增加默認方法skip：


interface Iterator<E> {
  boolean hasNext();
  E next();
  void remove();

  default void skip(int i) {
    for ( ; i > 0 && hasNext(); i -= 1) next();
  }
}

根據上面的Iterator定義，所有實現Iterator的類型都會自動繼承skip方法。在使用者的眼裏，skip不過是接口新增的一個虛擬方法。在沒有覆蓋skip方法的Iterator子類實例上調用skip會執行skip的默認實現：調用hasNext和next若干次。子類可以通過覆蓋skip來提供更好的實現——比如直接移動遊標（cursor），或是提供爲操作提供原子性（Atomicity）等。

當接口繼承其它接口時，我們既可以爲它所繼承而來的抽象方法提供一個默認實現，也可以爲它繼承而來的默認方法提供一個新的實現，還可以把它繼承而來的默認方法重新抽象化。

除了默認方法，Java SE 8還在允許在接口中定義靜態方法。這使得我們可以從接口直接調用和它相關的輔助方法（Helper method），而不是從其它的類中調用（之前這樣的類往往以對應接口的複數命名，例如Collections）。比如，我們一般需要使用靜態輔助方法生成實現Comparator的比較器，在Java SE 8中我們可以直接把該靜態方法定義在Comparator接口中：


public static <T, U extends Comparable<? super U>>
    Comparator<T> comparing(Function<T, U> keyExtractor) {
  return (c1, c2) -> keyExtractor.apply(c1).compareTo(keyExtractor.apply(c2));
}

11. 繼承默認方法（Inheritance of default methods）

和其它方法一樣，默認方法也可以被繼承，大多數情況下這種繼承行爲和我們所期待的一致。不過，當類型或者接口的超類擁有多個具有相同簽名的方法時，我們就需要一套規則來解決這個衝突：

類的方法（class method）聲明優先於接口默認方法。無論該方法是具體的還是抽象的。
被其它類型所覆蓋的方法會被忽略。這條規則適用於超類型共享一個公共祖先的情況。

爲了演示第二條規則，我們假設Collection和List接口均提供了removeAll的默認實現，然後Queue繼承並覆蓋了Collection中的默認方法。在下面的implement從句中，List中的方法聲明會優先於Queue中的方法聲明：


class LinkedList<E> implements List<E>, Queue<E> { ... }

當兩個獨立的默認方法相沖突或是默認方法和抽象方法相沖突時會產生編譯錯誤。這時程序員需要顯式覆蓋超類方法。一般來說我們會定義一個默認方法，然後在其中顯式選擇超類方法：


interface Robot implements Artist, Gun {
  default void draw() { Artist.super.draw(); }
}

super前面的類型必須是有定義或繼承默認方法的類型。這種方法調用並不只限於消除命名衝突——我們也可以在其它場景中使用它。

最後，接口在inherits和extends從句中的聲明順序和它們被實現的順序無關。

12. 融會貫通（Putting it together）

我們在設計lambda時的一個重要目標就是新增的語言特性和庫特性能夠無縫結合（designed to work together）。接下來，我們通過一個實際例子（按照姓對名字列表進行排序）來演示這一點：

比如說下面的代碼：


List<Person> people = ...
Collections.sort(people, new Comparator<Person>() {
  public int compare(Person x, Person y) {
    return x.getLastName().compareTo(y.getLastName());
  }
})

冗餘代碼實在太多了！

有了lambda表達式，我們可以去掉冗餘的匿名類：


Collections.sort(people,
                 (Person x, Person y) -> x.getLastName().compareTo(y.getLastName()));

儘管代碼簡潔了很多，但它的抽象程度依然很差：開發者仍然需要進行實際的比較操作（而且如果比較的值是原始類型那麼情況會更糟），所以我們要藉助Comparator裏的comparing方法實現比較操作：


Collections.sort(people, Comparator.comparing((Person p) -> p.getLastName()));

在類型推導和靜態導入的幫助下，我們可以進一步簡化上面的代碼：


Collections.sort(people, comparing(p -> p.getLastName()));

我們注意到這裏的lambda表達式實際上是getLastName的代理（forwarder），於是我們可以用方法引用代替它：


Collections.sort(people, comparing(Person::getLastName));

最後，使用Collections.sort這樣的輔助方法並不是一個好主意：它不但使代碼變的冗餘，也無法爲實現List接口的數據結構提供特定（specialized）的高效實現，而且由於Collections.sort方法不屬於List接口，用戶在閱讀List接口的文檔時不會察覺在另外的Collections類中還有一個針對List接口的排序（sort()）方法。

默認方法可以有效的解決這個問題，我們爲List增加默認方法sort()，然後就可以這樣調用：


people.sort(comparing(Person::getLastName));;

此外，如果我們爲Comparator接口增加一個默認方法reversed()（產生一個逆序比較器），我們就可以非常容易的在前面代碼的基礎上實現降序排序。


people.sort(comparing(Person::getLastName).reversed());;

13. 小結（Summary）

Java SE 8提供的新語言特性並不算多——lambda表達式，方法引用，默認方法和靜態接口方法，以及範圍更廣的類型推導。但是把它們結合在一起之後，開發者可以編寫出更加清晰簡潔的代碼，類庫編寫者可以編寫更加強大易用的並行類庫。

未完待續——

作者：Lucida

微博：@peng_gong
豆瓣：@figure9

原文鏈接：http://lucida.me/blog/java-8-lambdas-insideout-language-features/

深入理解Java 8 Lambda（語言篇——lambda，方法引用，目標類型和默認方法）

關於

爲什麼要寫（翻譯）這個系列？

警告（Caveats）

State of Lambda by Brian Goetz

關於

1. 背景

2. 函數式接口（Functional interfaces）

3. lambda表達式（lambda expressions）

4. 目標類型（Target typing）

5. 目標類型的上下文（Contexts for target typing）

6. 詞法作用域（Lexical scoping）

7. 變量捕獲（Variable capture）

8. 方法引用（Method references）

9. 方法引用的種類（Kinds of method references）

10. 默認方法和靜態接口方法（Default and static interface methods）

11. 繼承默認方法（Inheritance of default methods）

12. 融會貫通（Putting it together）

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