《Core Java Volume I》读书笔记——Lambda（下）

上篇文章中我们总结了Lambda的一些基本知识，本文总结剩余的一个知识点：Lambda表达式中变量的作用域问题。

Lambda表达式变量作用域

这里使用书上面给的一个例子，我们定义了一个静态的 repeatMessage 方法，代码如下：

public static void repeatMessage(String text, int delay) {
    ActionListener listener = event -> {
        System.out.println(text);
        Toolkit.getDefaultToolkit().beep(); 
  };
    new Timer(delay, listener).start(); 
}

可以看到，这个方法里面有一个Lambda表达式，且表达式里面使用了外面方法的一个参数 text 。我们知道Lambda表达式经常使用的场景就是Lambda表达式所定义的逻辑在以后某个时间点可能才会执行。也就是说 repeatMessage 和里面的Lambda表达式未必是一起执行的，也许Lambda执行的时候 repeatMessage 已经执行过了，其参数肯定也早已经获取不到了，所以为了解决这个问题，Lambda表达式会事先将它所引用的外部的参数拷贝一份，一般称作Lambda表达式 捕获（capture） 了这个变量，而捕获的诸如 text 这种既不是Lambda表达式参数列表里面提供的变量，也不是Lambda body里面定义的变量，称之为 自由变量(free variable) 。所以这样看，一个Lambda表达式除了上文中介绍三部分外，还应该加上自由变量。

有了这个概念之后，我们先给出本文要讨论的问题的结论： Lambda表达式虽然是为了提供一种函数式编程，但它并没有创建一个新的变量作用域（scope），表达式中涉及的所有变量的作用域与定义Lambda的方法相同 。

说的有点绕，举个例子。比如上面的 repeatMessage 方法里面有一个Lambda表达式，表达式中使用了一个参数 event ，要注意这个 event 变量的作用域是整个 repeatMessage 方法，而不仅仅是Lambda表达式。也就是说，如果在 repeatMessage 方法里面的其它地方再定义一个 event ，那就会变量名冲突。这就是并没有创建一个新的变量作用域的意思。这里我们再举几个例子：

@FunctionalInterface
interface RepeatMessage {
    void repeatMessage(String message, int times);
}

public class LambdaTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int times, i;
        RepeatMessage repeatMessage = (msg, times) -> {
            for (int i = 0; i < times; i++) {
                System.out.println(msg);
            }
        }
    }
}

上面代码中有两处错误：1. Lambda表达式的参数列表中定义了一个变量 times ，这个与上面的 int times 变量冲突了。2. Lambda表达式里面的循环中定义了一个变量 i ，这个与外面定义的 i 也冲突了。所以只要记住Lambda表达式并没有创建一个新的变量作用域即可。书中的原话是：

The body of a lambda expression has the same scope as a nested block .

有效的final (effectively final)

Java对于Lambda中捕获的自由变量有一个非常重要的限定： 该变量必须是effectively final的 。所谓effectively final简单理解就是这个变量一旦初始化之后就不能再重新赋值了(An effectively final variable is a variable that is never assigned a new value after it has been initialized.)。这样限定的主要原因是Lambda表达式可能会并发执行，在里面修改捕获的变量的值可能会产生问题。

其实这个" effectively final "概念在Java其它地方也有用到，所以为了更准确的理解这个概念，我专门查了一下相关文档， Lambda Specification, Part B: Lambda Expressions 的 4.12.4 Final Variables 节有稍微细致一点的说明，内容不多，我就全部搬过来做简单说明。

场景1

Certain variables that are not declared final may instead be considered effectively final .

A local variable or a method, constructor, lambda, or exception parameter is effectively final if it is not final but it never occurs as the left hand operand of an assignment operator ( 15.26 ) or as the operand of a prefix or postfix increment or decrement operator ( 15.14 , 15.15 ).

上面定义了这样一种场景： 局部变量、方法的参数、构造器的参数、Lambda的参数、异常的参数等虽然没有被 final 修饰，但也没有作为复制操作符的左值（简单说就是没有被赋值），并且也没有使用 ++ 或 -- 操作符 。在这种情况下，即使变量没有被 final 修饰，我们也可以认为它是有效的final变量(effectively final)。这个比较好理解，因为排除这几种情况的话，变量是不可能有途径改变的，自然就是 final 的了。

场景2

除了上面这种情况外，还定义了另外一种场景：

要特别注意， 这个场景只适用于局部变量 ，而上面规定的那种场景适用于局部变量、方法、构造器、Lambda、异常的参数等多种情况。这个场景简单解释就是：对于那种声明时没有初始化的局部变量，如果同时满足三个条件，那它也是有效的final：1. 没有被 final 修饰。2. 该变量之前一定没有被赋过值。这个条件主要是要限定对于一个之前只声明过的变量，那它后面如果只被 明确的（definitely） 赋 一次 值，也是可以的。3. 没有使用 ++ 或 — 操作符。

最后看一些例子：

Examples of effectively final:

void m1(int x) {
   int y = 1;
   foo(() -> x+y);
   // Legal: x and y are both effectively final.
   // 这个好理解，x没有被赋值过，y只被赋值过一次。
 }

 void m2(int x) {
   int y;
   y = 1;
   foo(() -> x+y);
   // Legal: x and y are both effectively final.
   // 这个也好理解，x没有被赋值过，y第一次只声明了，后面只被赋值过一次。
 }

 void m3(int x) {
   int y;
   if (..) y = 1;
   foo(() -> x+y);
   // Illegal: y is effectively final, but not definitely assigned.
   // 这里y不是有效的final的原因主要是不符合"明确的赋值(definitely assigned)"的限定，因为如果if不成立，y就没有被赋值；if成立了，y又被赋值了。
 }

 void m4(int x) {
   int y;
   if (..) y = 1;
   else y = 2;
   foo(() -> x+y);
   // Legal: x and y are both effectively final.
   // 这里y声明之后，肯定会被赋值，且只会被赋一次值(不是在if中，就是在else中)
 }

 void m5(int x) {
   int y;
   if (..) y = 1;
   y = 2;
   foo(() -> x+y);
   // Illegal: y is not effectively final.
   // 这里y可能会被赋两次值
 }

 void m6(int x) {
   foo(() -> x+1);
   x++;
   // Illegal: x is not effectively final.
   // 这里x使用了自加操作符
 }

 void m7(int x) {
   foo(() -> x=1);
   // Illegal: x is not effectively final.
   // 这里x是方法的参数，不是局部变量，所以只能用场景1来评判。而x用作了赋值操作符的左值，所以不是有效的final变量。
 }

 void m8() {
   int y;
   foo(() -> y=1);
   // Illegal: y is not definitely assigned before the lambda (see 15.27.2)
   // 这个稍微难理解一点，之前有说过，Lambda捕获的自由变量一定要是有效的final，而y之前只声明了，并没有只确切的初始化过一次，所以肯定不是有效的final。
 }

void m9(String[] arr) {
  for (String s : arr) {
    foo(() -> s);
    // Legal: s is effectively final (it is a new variable on each iteration)
  }
}

void m10(String[] arr) {
  for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    foo(() -> arr[i]);
    // Illegal: i is not effectively final (it is incremented)
    // 这里i使用了自加操作符
  }
}

最后，还有一段非常重要的话：

If a variable is effectively final, adding the final modifier to its declaration will not introduce any compile-time errors. Conversely, a local variable or parameter that is declared final in a valid program becomes effectively final if the final modifier is removed.

这个对于我们判断变量是不是有效的final非常有用：如果是有效的final，那显式的加上 final 关键字肯定不会产生错误。相反的，对于本身已经被final修饰的变量，并且没有任何错误的话，那去掉 final 修饰符，这个变量肯定也是有效的 final 。